Dallara : biomechanics driven design in high performance road cars

The utter assessment of automotive safety can be made looking at biomechanical indices, displaying how critical an accident can be for the occupants of the car, in terms of injury probability. For this reason, respecting all the standards regarding occupants safety is one of the key aspects of the homologation process in the car industry. Historically Dallara rarely treated biomechanics in its projects; the company mainly develops the structural part of cars, while leaving the analysis of in-crash biomechanics to its customers. The first objective of this thesis is to exploit Siemens Simcenter MADYMO®, to define a biomechanical-development workflow to be implemented in Dallara’s future projects. In this phase three different simulations approaches, with increasing complexity will be explored: - a simple one named as FORTE-like, - a more sophisticated one exploiting prescribed motion (PSM), - the most complex one, coupling MADYMO® to Radioss® in a full-scale car crash simulation. These three techniques will be compared and evaluated against experimental results to determine two optimal workflows, depending on the type of homologation test analyzed: one for frontal crashes and the other for side impacts. The second purpose of this study is to approach the development of the safety structures of a car from a different perspective, more directly focused on biomechanics. For this reason, the established workflow will be applied to the Dallara Stradale. Its energy absorbing structures will be rethought, reducing the driver’s injury probability in different crash scenarios, hence proving the worthiness of this new design approach for future cars development, not only in the automotive field, but also in the racing industry.

La valutazione definitiva della sicurezza in ambito automotive può essere fatta grazie a degli indici di biomeccanica, che dimostrano quanto un incidente possa essere critico in termini di probabilità di infortunio, per gli occupanti di un veicolo. Per questo motivo, rispettare le normative riguardanti la sicurezza di guidatore e passeggeri è uno dei punti cruciali e fondamentali del processo di omologazione di un’auto. Storicamente Dallara si è occupata di rado della biomeccanica nei suoi progetti; l’azienda principalmente sviluppa la parte strutturale delle auto, mentre lascia ai suoi clienti le analisi del comportamento del corpo umano durante gli incidenti. Il primo obiettivo di questa tesi è quello di sfruttare Siemens Simcenter MADYMO® per definire per lo sviluppo delle tematiche di biomeccanica, un flusso di lavoro, che verrà introdotto nel processo ingegneristico di Dallara nei progetti futuri. In questa fase saranno valutat tre differenti tecniche di simulazione, contraddistinte da una crescente complessità: - la più semplice che prenderà il nome di simil-FORTE, - una più complicata che sfrutta gli spostamenti imposti (PSM), - la più complessa, che prevede di accoppiare MADYMO® a Radioss® in una simulazione di impatto con il modello completo della vettura. Queste tecniche saranno comparate e validate tramite dei dati provenienti da test sperimentali, al fine di definire un workflow ottimale a seconda del tipo di prova analizzato: impatti frontali o laterali. Il secondo scopo di questo studio è quello di provare ad approcciare lo sviluppo delle strutture di sicurezza di una macchina da una prospettiva differente e più legata direttamente alla biomeccanica. Per questo motivo il flusso di lavoro definito per gli impatti frontali verrà applicato alla Dallara Stradale. Le strutture frontali di assorbimento di energia saranno ripensate per ridurre la probabilità di infortunio del pilota in diversi tipi di impatto frontale. In questo modo sarà possibile dimostrare la validità del nuovo approccio proposto per lo sviluppo delle vetture future, non solo nel mondo automotive, ma anche in quello delle auto da corsa.