The Intenso+ test rig in Laboratory of Safety of Transport of PoliMi is aimed at measuring the coordinates of the center of gravity and the inertial tensor of road vehicles with very high precision. These are key variables from vehicle dynamics point of view, and they become more and more important when the purpose is to improve the safety of vehicles. During the test, the vehicle is rigidly fixed on a frame which is equipped with measurement instrumentation. The aim of this work is to design a new lightweight frame with a significatively lower mass/stiffness ratio with respect to the existing steel frame to improve the quality of the measurements. Carbon fiber reinforced polymer (epoxy matrix) is chosen as the most suitable material for this purpose, showing high ratios of tensile modulus/mass and flexural modulus/mass. Actually two lightweight frames are designed to reach this goal: one of them is a high performance frame, in terms of mechanical resistance and stiffness but regardless of manufacturing costs, the other one is designed only considering composite components already available on market in order to have more affordable costs of realization. Finite element simulations show the performances of the two conceived frames comparing with the existing steel frame in some reference loading conditions in which the frame find itself during the Intenso + test. The results of the comparison show that lower mass and inertial properties can be reached in both the designed frames (-40% for the first, -50% for the second), but the first frame show an improved stiffness as well (about double), the second one shows a stiffness which is comparable with the existing steel frame.
Il sistema di misura Intenso + del Laboratorio di Sicurezza dei Trasporti del Politecnico di Milano è finalizzato a misurare le coordinate del centro di gravità e il tensore di inerzia di veicoli stradali con altissima precisione. Queste ultime sono variabili importantissime dal punto di vista della dinamica del veicolo, e diventano sempre più importanti se lo scopo è migliorare la sicurezza dei veicoli. Durante la prova, il veicolo è rigidamente vincolato ad un telaio equipaggiato con strumenti di misura. Lo scopo di questo progetto è di progettare un nuovo telaio leggero con un rapporto massa/rigidezza significativamente più basso rispetto all’attuale telaio in acciaio per migliorare la qualità delle misure. La fibra di carbonio con matrice polimerica (epossidica) è scelto come materiale per questo scopo, viste le importanti caratteristiche in termini di rapporti modulo elastico a trazione/massa e modulo elastico a flessione/massa. In realtà, due telai leggeri sono progettati per raggiungere questo scopo: il primo mostra elevate prestazioni in termini di resistenza meccanica e rigidezza ma non tiene conto dei costi di realizzazione delle parti, il secondo è disegnato considerando solamente componenti già sul mercato per avere dei costi di produzione più sostenibili. Simulazioni agli elementi finiti mostrano le prestazioni dei due telai in un confronto con l’attuale telaio in acciaio in tutte le configurazioni di carico di riferimento in cui il telaio si trova nel corso della prova di Intenso +. I risultati del confronto mostrano che la massa e le altre proprietà inerziali sono ridotte in entrambi i telai leggeri (del 40% per il primo, del 50% per il secondo circa), ma mentre il primo mostra anche una migliore rigidezza (circa il doppio) il secondo mostra una rigidezza che è comparabile con l’attuale telaio in acciaio.
Design of a lightweight frame for Intenso+ test rig
Corti, Giovanni
2019/2020
Abstract
The Intenso+ test rig in Laboratory of Safety of Transport of PoliMi is aimed at measuring the coordinates of the center of gravity and the inertial tensor of road vehicles with very high precision. These are key variables from vehicle dynamics point of view, and they become more and more important when the purpose is to improve the safety of vehicles. During the test, the vehicle is rigidly fixed on a frame which is equipped with measurement instrumentation. The aim of this work is to design a new lightweight frame with a significatively lower mass/stiffness ratio with respect to the existing steel frame to improve the quality of the measurements. Carbon fiber reinforced polymer (epoxy matrix) is chosen as the most suitable material for this purpose, showing high ratios of tensile modulus/mass and flexural modulus/mass. Actually two lightweight frames are designed to reach this goal: one of them is a high performance frame, in terms of mechanical resistance and stiffness but regardless of manufacturing costs, the other one is designed only considering composite components already available on market in order to have more affordable costs of realization. Finite element simulations show the performances of the two conceived frames comparing with the existing steel frame in some reference loading conditions in which the frame find itself during the Intenso + test. The results of the comparison show that lower mass and inertial properties can be reached in both the designed frames (-40% for the first, -50% for the second), but the first frame show an improved stiffness as well (about double), the second one shows a stiffness which is comparable with the existing steel frame.| File | Dimensione | Formato | |
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