La sfida

La sfida ingegneristica del progetto è stata quella di impostare un processo di ottimizzazione automatico del layup di un telaio in composito, partendo da un modello ad elementi finiti già definito e da dati di caratterizzazione del materiale forniti dal committente. L’obiettivo era minimizzare la massa complessiva rispettando una serie di vincoli legati alle prestazioni di rigidezza e di comfort misurate tramite casi di carico rappresentativi: prove equivalenti alla rigidezza della zona sterzo, alla rigidezza del movimento centrale con azioni applicate sui pedali in configurazioni distinte e a una condizione mirata a controllare la risposta verticale associata al comfort. Dal punto di vista del design space, l’ottimizzazione è stata impostata in modalità free-size, lasciando al solver la libertà di distribuire gli spessori in modo locale, distinguendo tra pelli in tessuto e pelli unidirezionali, e selezionando gli orientamenti tra 0°, 90°, ±22° e ±45°. Per mantenere i risultati interpretabili e traducibili in una laminazione reale, sono state introdotte anche limitazioni di producibilità, tra cui un vincolo di spessore massimo del laminato e, in una seconda strategia, anche un vincolo di spessore minimo, così da evitare soluzioni numericamente ottime ma non pratiche da realizzare.

Il nostro contributo

SmartCAE ha preso in carico l’impostazione completa del workflow di ottimizzazione, a partire dalla revisione del modello FEM e dei criteri di valutazione delle rigidezze richieste nei diversi casi di carico. Abbiamo quindi configurato le regioni di progetto effettivamente ottimizzabili, distinguendo le zone strutturali principali da eventuali aree non coinvolte, e abbiamo definito un set coerente di variabili di progetto per i diversi tipi di ply e orientamenti di fibra, in modo da ottenere mappe di spessore leggibili e confrontabili. Successivamente abbiamo eseguito le due strategie di free-size optimization previste, gestendo i vincoli di produzione sullo spessore del laminato e controllando la stabilità numerica del processo. Al termine delle analisi, abbiamo sintetizzato i risultati in termini qualitativi, evidenziando come la distribuzione ottima degli orientamenti e dei rinforzi locali cambi al variare dei vincoli, e abbiamo trasformato le “thickness maps” in indicazioni progettuali utili per ispirare una laminazione manifatturabile, con particolare attenzione alle aree critiche che governano rigidezza globale e risposta locale.

I benefici per il cliente

Per il cliente, questo approccio ha significato poter prendere decisioni progettuali su basi oggettive, riducendo il ricorso a iterazioni per tentativi tipiche della messa a punto dei compositi. Disporre di una soluzione di riferimento ottimizzata e di una lettura chiara delle zone dove “serve” materiale, del tipo di fibra più efficace e dell’orientamento dominante nei diversi stati di carico consente di accelerare la convergenza verso un layup finale, mantenendo sotto controllo sia le prestazioni sia la producibilità. In pratica, l’ottimizzazione guidata da vincoli permette di individuare margini di alleggerimento senza compromettere la rigidezza richiesta nelle prove funzionali e senza introdurre scelte costruttive estreme; allo stesso tempo, mette in evidenza sensibilità e trade-off (ad esempio tra rigidezza e comfort) prima che questi emergano in fase di prototipo. L’esperienza di SmartCAE nel coniugare simulazione, criteri prestazionali e vincoli di produzione aiuta quindi il cliente a ridurre rischi tecnici, tempi di sviluppo e costi associati alle riprogettazioni, ottenendo un progetto più robusto e trasferibile verso la fase di industrializzazione.