Lightweight design of mechanical components of a Shell eco-marathon vehicle

The present thesis is devoted to the lightweight design of mechanical components of a vehicle for the Shell Eco-marathon competition. The work is focused on the design of the suspension supports and the wheel hubs. In the design process, optimization techniques are employed in order to minimize the mass while ensuring stiffness and safety. For the design of suspension supports, the variation of the wheel camber and toe angles under the effect of race loads is analysed. The process is performed with the aid of analytical and numerical methods. For the design of the wheel hubs, topology optimization techniques are employed to obtain a preliminary optimized shape. The topology optimization process is followed by CAD modelling and detailed FE analyses in order to assess the stiffness and structural integrity of the components. As result, the designed components allow a mass reduction of about 65% compared to the existing components.

La presente tesi è dedicata al lightweight design di componenti meccanici di un veicolo per la competizione Shell Eco-marathon. Il lavoro si concentra sulla progettazione dei supporti delle sospensioni e dei mozzi delle ruote. Nel processo di progettazione, vengono utilizzate tecniche di ottimizzazione al fine di ridurre al minimo la massa garantendo rigidità e sicurezza. Per la progettazione dei supporti delle sospensioni, viene analizzata la variazione degli angoli di camber e convergenza della ruota sotto l'effetto dei carichi durante la corsa. Il processo viene eseguito con l'ausilio di metodi analitici e numerici. Per la progettazione dei mozzi delle ruote, vengono utilizzate tecniche di ottimizzazione topologica per ottenere una forma preliminare ottimizzata. Il processo di ottimizzazione topologica è seguito dalla modellazione CAD e da analisi FE dettagliate per valutare la rigidità e l'integrità strutturale dei componenti. Come risultato, i componenti progettati consentono una riduzione di massa di circa il 65% rispetto ai componenti esistenti.