Il viaggio di tremila chilometri di un veicolo, grazie solo all’energia del sole

La World Solar Challenge (Wsc) è un evento unico che si svolge ogni due anni dal 1987. La gara parte da Darwin, sulla costa settentrionale, e termina dopo 3.021 chilometri sulla costa sud ad Adelaide. I veicoli a energia solare che partecipano alla corsa sono “probabilmente le auto elettriche più efficienti” del mondo, come recita il sito web della manifestazione. Completamente ricoperte da uno strato di fotocellule da astronave spaziale, queste auto viaggiano solo nelle ore di luce a velocità medie di 80-90 chilometri orari, coprendo il tracciato in 30-40 ore circa. Il piazzamento finale dipende dalla giusta combinazione fra profilo aerodinamico, compositi leggeri, sistemi fotovoltaici, dinamica del veicolo e altri dettagli: un esercizio di ingegneria tutt’altro che semplice.

Nell’estate del 2011, cinquanta studenti del team Blue Sky dell’Università di Toronto, reduce da un quinto posto nel 2007, hanno cominciato a lavorare all’auto solare “B-7” per partecipare all’edizione 2013. In attesa dei regolamenti di gara definitivi, il gruppo si è concentrato inizialmente su aspetti di ricerca e progettazione teorica: alla fine restava poco più di un anno per progettare e costruire l’auto, tenendo conto delle specifiche imposte dall’organizzazione e di due vincoli in particolare: l’uso obbligatorio di quattro ruote e la seduta verticale per il guidatore.

“Negli ultimi anni la World Solar Challenge si è orientata verso progetti più pratici e realistici, una sfida molto stimolante”, dice Tiffany Hu, Chief Advancement Officer di Blue Sky, “ma queste regole implicano notevoli difficoltà per l’aerodinamica e l’abitacolo”.

Per soddisfare i requisiti dell’edizione 2013, gli studenti si sono divisi in piccoli gruppi di lavoro: aerodinamica, telaio, rollbar, sospensioni, impianto elettrico e array solari. In questa situazione, il coordinamento del team e la velocità di interazione erano aspetti fondamentali. Dovevano inoltre essere risolte alcune inefficienze già esistenti, come l’impossibilità di testare virtualmente il progetto prima della costruzione e l’esigenza di scambiare e validare file fra due Cad Aventec, il principale fornitore canadese di tecnologie e servizi in ambito Plm, con sede a Markham, in Ontario, ha consigliato al team Blue Sky di adottare la Piattaforma 3DExperience for Academia di Dassault Systèmes, con Catia per la progettazione virtuale, Delmia per la fabbricazione digitale e Simulia per la simulazione realistica, per collaborare in maniera efficiente e visualizzare in anteprima le prestazioni del progetto. “Aventec ci ha mostrato una serie di funzionalità e video di Catia”, racconta Paul Park, direttore generale del team. “Siamo rimasti stupiti per come il software ci avrebbe potuto aiutare in tutti gli aspetti della progettazione”.

“Ci ha colpito anche il modo in cui il software modellava la dinamica del veicolo e la flessibilità che deriva dall’utilizzo di diversi spazi di lavoro, i workbench”, aggiunge Ahthavan Sureshkumar, capo ingegnere del team”.

Con gli strumenti di modellazione 3DExperience, il team Blue Sky ha potuto lavorare con un’unica interfaccia (per la parte meccanica, elettrica e aerodinamica), dal concetto iniziale fino alla produzione. Per usare le parole di Sureshkumar, “grazie al software abbiamo potuto trovare i punti di equilibrio necessari già nelle fasi iniziali del progetto e individuare la soluzione migliore per produrre gli stampi per la fabbricazione dei compositi”.

La Piattaforma 3DExperience è stata determinante anche quando il team ha dovuto affrontare diversi problemi di progettazione critici, soprattutto relativamente al pilota. “Con il manichino virtuale dello strumento Human Builder di Delmia siamo riusciti ad analizzare l’ergonomia e il comfort per il guidatore in un abitacolo molto stretto”, dice Sureshkumar. “Il software ha persino evidenziato un errore nei nostri calcoli per il campo di visione del pilota, consentendoci di intervenire tempestivamente”.

Con l’avanzamento del progetto, il team ha poi utilizzato il software Abaqus di Simulia per l’analisi a elementi finiti, che si interfaccia direttamente con Catia consentendo una verifica accurata della solidità del progetto. In precedenza gli studenti si potevano basare solo su calcoli rudimentali per analizzare le prestazioni del modello in condizioni reali. “Con Simulia abbiamo potuto analizzare carichi e sollecitazioni in modo da ottimizzare il peso dell’involucro e del telaio senza comprometterne la resistenza”, conferma Sureshkumar. Grazie a questi calcoli il team ha migliorato la rigidità del veicolo, assicurando al tempo stesso la massima leggerezza. Simulia ha inoltre evidenziato alcuni dettagli che normalmente sarebbero passati inosservati. L’analisi Fea, ad esempio, ha mostrato che alcune paratie erano soggette a un’instabilità a carico di punta superiore al previsto, consentendo ai progettisti di Blue Sky di modificare il progetto rinforzando queste aree critiche.

La B-7 ha concluso la gara in 45 ore e 38 minuti a una velocità media di 65,7 chilometri orari, piazzandosi in ottava posizione (seconda fra i concorrenti nordamericani), centrando l’obiettivo di entrare nei primi dieci. “La gara è stata il culmine di un incredibile viaggio tecnologico di due anni”, dice Sureshkumar. “È stata la prima auto per la quale abbiamo utilizzato diversi strumenti della Piattaforma 3DExperience di Dassault Systèmes, che ha favorito la collaborazione e migliorato notevolmente il flusso di lavoro”.

“La suite di strumenti ci ha aiutato moltissimo”, conclude Park. “Con Catia abbiamo potuto gestire in maniera integrata tutti gli impianti del veicolo e avere la flessibilità necessaria per disegnare un aerobody molto sofisticato. Simulia ha evidenziato potenziali rischi nelle primissime fasi del processo e ci ha aiutato a evitare il sovradimensionamento del progetto”.

 

Dassault Systèmes: https://www.3ds.com/it

 

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