The scope of this thesis is the design a new rear crash impact attenuator for the Ferrari 2018 Formula 1 single seater. The project follows the entire process from the start of the initial specification of the structure, to the design of the geometry, choice of best in class material, structural integrity analysis, production process and final crash test preparing for the FIA homologation. Before starting the work, a research was conducted for state of the art techniques in designing crash-able components and new CFRP material in the market. A brief presentation of FIA regulations can be found in chapter 3. Only the important and relevant paragraphs have been inserted in the paper to better understand the design choices and the relative production technologies. Following analytical models concerning the composite material; starting from a general description of these types of materials, reporting the general characteristics and the specific mechanical properties, evaluating the material failure models developed during the recent years by eminent researchers. Particular attention was made on delamination and damage models, keys of the numerical analysis. Moreover a brief description of numerical software algorithms used to perform the calculations was inserted in the present thesis work. A specific chapter was dedicated to describe the complete impact structure with detailed design of each component, different initial solutions of the Pilone were presented and the adopted final one has been discussed in detail. Numerical analyses are carried on, with particular emphasis on FEM results for the two cases analysed. Thanks to FEA software and the new material, we reached good results in term of weight-saving with comparison to past solutions. The processes for creating the component in CFRP are presented to better understand the problems taken into account during various design phase. In the final chapter the crash test results are reported. The behaviour of different solutions and the improvements in the crash test evolution are shown in the impact curve graphs. In the end it must be clarified that, due to the highly sensitive nature of the project, rigid criteria of secrecy have been followed with regard to the project. Consequently, not all the work could be reported in full detail with all the reference values or materials adopted because of Ferrari intellectual property policy.
Lo scopo di questa tesi è la progettazione di un nuovo assorbitore d'urto posteriore per la Formula 1 Ferrari 2018. Il progetto segue l'intero processo, dall'ideazione delle specifiche iniziali della struttura, alla progettazione della geometria, alla scelta del materiale migliore della categoria, all'analisi dell'integrità strutturale, al processo di produzione e alla prova di crash finale per l'omologazione FIA. Prima di iniziare il lavoro, è stata condotta una ricerca sulle attuali tecniche allo stato dell'arte nella progettazione di componenti in CFRP. Una breve presentazione del regolamento FIA è disponibile nel capitolo 3. Solo i paragrafi importanti e pertinenti sono stati inseriti nel documento per comprendere meglio le scelte progettuali e le relative tecnologie di produzione. Seguono modelli analitici relativi ai materiali compositi; partendo da una descrizione generale di questi tipi di materiali, riportando le caratteristiche generali e le proprietà meccaniche specifiche, valutando i modelli di rottura del materiale sviluppati negli ultimi anni da eminenti ricercatori. Particolare attenzione è stata dedicata ai modelli di delaminazione e danneggiamento su cui si basa l'analisi numerica. Inoltre una breve descrizione degli algoritmi presenti nei software numerici utilizzati per eseguire i calcoli, è stata inserita nel presente lavoro di tesi. Un capitolo è stato dedicato alla descrizione della struttura d'impatto nel suo complesso, con la progettazione dettagliata di ciascun componente. Diverse soluzioni iniziali della struttura sono presentate nel presente lavoro e la scelta finale adottata è stata discussa in dettaglio. Sono state svolte analisi numeriche, con particolare attenzione ai risultati FEM per i casi analizzati. Grazie al software FEA e al nuovo materiale composito, sono stati raggiunti buoni risultati in termini di risparmio peso e rigidezza rispetto alle soluzioni precedenti. I processi produttivi per la creazione del componente in CFRP sono presentati per comprendere meglio i problemi presi in considerazione durante le varie fasi di progettazione. Nell'ultimo capitolo vengono riportati i risultati dei crash tests. Il comportamento delle diverse soluzioni e i miglioramenti nell'evoluzione del crash test vengono descritti nei grafici delle curve d'impatto. Va precisato che, a causa della natura altamente sensibile del progetto, sono stati seguiti rigidi criteri di segretezza imposti dall'azienda. Di conseguenza, non tutto il lavoro è riportato in dettaglio con tutti i valori di riferimento o i materiali adottati a causa della politica di proprietà intellettuale di Ferrari.
Rear crash structure of a F1 car
GUASTELLA, ANDREA
2016/2017
Abstract
The scope of this thesis is the design a new rear crash impact attenuator for the Ferrari 2018 Formula 1 single seater. The project follows the entire process from the start of the initial specification of the structure, to the design of the geometry, choice of best in class material, structural integrity analysis, production process and final crash test preparing for the FIA homologation. Before starting the work, a research was conducted for state of the art techniques in designing crash-able components and new CFRP material in the market. A brief presentation of FIA regulations can be found in chapter 3. Only the important and relevant paragraphs have been inserted in the paper to better understand the design choices and the relative production technologies. Following analytical models concerning the composite material; starting from a general description of these types of materials, reporting the general characteristics and the specific mechanical properties, evaluating the material failure models developed during the recent years by eminent researchers. Particular attention was made on delamination and damage models, keys of the numerical analysis. Moreover a brief description of numerical software algorithms used to perform the calculations was inserted in the present thesis work. A specific chapter was dedicated to describe the complete impact structure with detailed design of each component, different initial solutions of the Pilone were presented and the adopted final one has been discussed in detail. Numerical analyses are carried on, with particular emphasis on FEM results for the two cases analysed. Thanks to FEA software and the new material, we reached good results in term of weight-saving with comparison to past solutions. The processes for creating the component in CFRP are presented to better understand the problems taken into account during various design phase. In the final chapter the crash test results are reported. The behaviour of different solutions and the improvements in the crash test evolution are shown in the impact curve graphs. In the end it must be clarified that, due to the highly sensitive nature of the project, rigid criteria of secrecy have been followed with regard to the project. Consequently, not all the work could be reported in full detail with all the reference values or materials adopted because of Ferrari intellectual property policy.| File | Dimensione | Formato | |
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