Lightweight design of a composite monocoque for an ultra-efficient electric vehicle

This Master’s thesis is devoted to the design of a lightweight carbon fiber monocoque for a ultra-efficient Shell Eco-Marathon Urban Concept class vehicle. The functional parts of the chassis shape are determined in compliance with technical competition regulations. With the aid of computational fluid dynamics simulation software, the external shape could reach a satisfying result as far as the aerodynamic resistance is concerned. The so-determined full shape is used as base surface for the optimal design of the sandwich-structured carbon composite monocoque. The multiphase method, ready to use in the Hyperworks software from Altair Engineering, is implemented for this case study. A target mass level is imposed as constraint to the minimum compliance optimization problem. The design variables are the thicknesses of the candidate materials. Both structural and manufacturing constraints are considered for the laminate. The result represents a new benchmark for the Team at Politecnico di Milano.

Questa tesi si occupa della progettazione di un monoscocca leggero in fibra di carbonio di una vettura ad altissima efficienza per la Shell Eco-Marathon, classe Urban Concept. Le parti funzionali della forma del telaio sono state ottenute in conformità con il regolamento tecnico. Con l’ausilio di software di simulazione fluidodinamica, la forma esterna ha potuto raggiungere un buon risultato per quanto riguarda la resistenza aerodinamica. La forma complessiva, così determinata, viene usata come superficie di base per la progettazione ottima del monoscocca con struttura sandwich. Il metodo multifase, implementabile grazie al software agli elementi finiti Hyperworks, viene utilizzato per questo caso studio. Una massa obiettivo viene considerata come vincolo del problema di minimizzazione della compliance. Le variabili di progetto sono gli spessori dei materiali candidati e sia i vincoli di resistenza strutturale che di manifattura sono stati considerati per la determinazione del laminato Il risultato ottenuto rappresenta un nuovo riferimento per il Team del Politecnico di Milano.