Studio e ottimizzazione topologica di un regolatore metallico per cinture di sicurezza per vetture Formula Uno

The continuous development of technologies and materials encourages mechanical engineers to create stronger and lighter components, making them more competitive in the market. This thesis work, done at transport safety laboratory La.S.T. of the Politecnico di Milano in collaboration with OMP Racing s.p.a., is proposed to make a topological optimization of the metallic adjusting device of the six point safety harnesses used in Formula One cars. The principal goal is to create a lighter product than the those available nowadays. A design process, divided in two parts, has been followed: in the first part the calibration and characterization of the considered material has been performed with tensile tests, friction tests and numerical simulations. In the second part of the work a FE model of the regulator has been developed in LS-DYNA and some topological optimizations have been implemented in Ls-TaSC and Altair Optistruct. Finally, once found the optimal shape design, the regulator’s components have been redesigned, substituted in the FE analysis of the complete system and the quasi static tensile resistance of them has been numerically verified, in accordance with the Standard. The results of this work show that is possible a mass reduction of the regulator of more than 8%.

L’incessante sviluppo di tecnologie e materiali sprona i progettisti a realizzare componenti meccanici sempre più resistenti e leggeri, rendendoli maggiormente competitivi sul mercato. Questo lavoro di tesi, svolto presso il laboratorio per la sicurezza dei trasporti La.S.T. del Politecnico di Milano ed in collaborazione con OMP Racing s.p.a., si propone di effettuare un’ottimizzazione topologica relativa al regolatore delle cinture di sicurezza a sei punti utilizzate su vetture Formula Uno, con fine ultimo di realizzare un prodotto più leggero rispetto a quelli attualmente disponibili. L’attività si è costituita di una prima parte di calibrazione e caratterizzazione del materiale di interesse, effettuata con prove sperimentali di trazione, attrito e simulazioni numeriche. Nella seconda parte è stato sviluppato un modello a elementi finiti del regolatore in LS-DYNA e sono state implementate ottimizzazioni topologiche con Ls-TaSC ed Altair Optistruct. Infine, una volta identificato il design ritenuto ottimale, le componenti del regolatore sono state ridisegnate, sostituite nell’analisi numerica dell’assieme completo ed è stata verificata numericamente la loro resistenza in una prova di trazione quasi statica svolta secondo normativa. Dal processo di ottimizzazione topologica seguito si è evidenziata una potenziale riduzione di massa, relativa al regolatore, superiore all’ 8%.