Improved CFRP specific energy absorption with innovative external insert design

This thesis work aims to study the energy absorption of structures made of composite materials. Particularly, during a testing campaign conducted with a drop tower, in collaboration with a Formula 1 team, a relationship was discovered between the geometry of the impacting mass and the specific energy that a specimen can absorb. This work focuses on developing a numerical finite element model capable of predicting results in terms of specific energies and accelerations regardless of the geometry of the impacting mass. The main challenge lies in finding a simple modeling approach that is easy to calibrate and computationally efficient, while meeting high standards of result accuracy for each different geometry. Finally, the developed numerical model will be used to address a design problem by creating a new geometry for an insert to be applied to the composite material specimen to enhance its performance and reduce the total system mass. The application of this study could lead to an enhancement of passive safety standards in impact-absorbing structures predominantly used in motorsport.

Questo lavoro di tesi punta a studiare l'assorbimento di energia da parte di strutture realizzate in materiale composito. In particolare durante una campagna di test eseguiti con una torre di caduta, in collaborazione con un team di Formula 1, è stata scoperta una relazione tra la geometria della massa impattante e l'energia specifica che un provino è in grado di esprimere. Questo lavoro si concentra nella realizzazione di un modello numerico a elementi finiti in grado di predirre i risultati in termini di energie specifiche e accelerazioni indipendentemente dalla geometria della massa impattante. La sfida maggiore sta nel trovare una modellazione semplice da calibrare e il più computazionalmente efficiente possibile, ma che rispetti degli elevati standard di accuratezza dei risultati per ogni differente geometria. Infine utilizzare il modello numerico sviluppato per affrontare un problema di progetto, realizzando una nuova geometria per un inserto da applicare al provino in materiale composito in modo da incrementarne le prestazioni e ridurre la massa totale del sistema. L'applicazione di questo studio può portare a un miglioramento degli standard di sicurezza passiva delle strutture di assorbimento degli impatti utilizzate prevalentemente in ambito motorsport.