Design and assessment of a composite survival cell for sport car

This master thesis has been done in collaboration with the “Ankers JUSS-AMG” company in Turin. The study is a numerical structural analysis about a sport car: it is focused on its composite monocoque and its roll cage. Given the input geometry from the customer, some improvements have been done to enhance the structural behaviour through FEM analysis. The study is divided into two parts: at first, a stiffness optimization of the composite monocoque has been carried out. The aim is to have a response as prompt as possible to the inputs of the pilot while driving. The second part concerns the simulation of a roof compression test following indications of a norm. The monocoque is composed by some plies of carbon fibre, all with the same thickness. Through the optimization, these plies are divided into more sub-plies with optimized thicknesses and shapes. The result is that some plies of the basic lamination cover all the monocoque, while others are put only in weaker areas as supports. This leads to stiffness maximization with the lowest possible mass. Starting from the optimized geometry, the roof compression test is simulated. This time the whole structure is considered: monocoque and roll cage. The first test with the basic geometry is followed by some modifications to improve the roll cage behaviour. Moreover, a sensitivity analysis has been done on the thickness of tubes to compare their resistance with respect to their weight. Finally, a roof compression test with some heads in the monocoque has been done to assess eventual contacts between the pilot and the roll cage in case of accident. Some final considerations and ideas are suggested for future developments.

Questa tesi di laurea magistrale è stata realizzata in collaborazione con l’azienda “Ankers JUSS-AMG” di Torino. Il progetto consiste in un’analisi numerica strutturale di una vettura sportiva ed è incentrato sulla sua monoscocca e sul roll cage. La geometria iniziale fornita dal cliente è stata modificata per migliorarne il comportamento tramite analisi ad elementi finiti. Lo studio si compone di due parti: un’ottimizzazione di rigidezza della monoscocca il cui scopo è ottenere una vettura il più possibile pronta a rispondere agli input del pilota; in seguito, è simulato uno schiacciamento tetto seguendo un’apposita normativa. La monoscocca è composta da alcune pelli di carbonio, tutte con stesso spessore iniziale. L’ottimizzazione di rigidezza mira a suddividere i fogli di composito in più pelli di forma e spessore ottimizzati. Ciò che si ottiene è una laminazione base che riveste interamente la monoscocca, mentre gli strati ottimizzati sono posti solo nelle aree più critiche. Il risultato è una struttura dalla rigidezza massimizzata con minor massa possibile. A partire da questa geometria, viene poi eseguito un test di schiacciamento tetto che coinvolge tutta la struttura: monoscocca e roll cage. Una prima simulazione viene utilizzata come caso base, a seguito del quale alcune modifiche geometriche sono apportate per migliorare il comportamento strutturale. Inoltre, è stata realizzata un’analisi compartiva sullo spessore dei tubolari per analizzare la loro resistenza in funzione della massa. In aggiunta è stato simulato uno schiacciamento tetto con delle teste all’interno dell’abitacolo per simulare eventuali urti tra pilota e roll cage. Infine, sono proposte alcune idee e sviluppi futuri del progetto.