STUDIO E OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE MEDIANTE ANALISI FEM DI UN CERCHIO AD ALTE PRESTAZIONI PER AUTO SPORTIVE

This thesis aims to study, analyze, and structurally optimize a high-performance wheel for luxury sports cars, using the iconic design of the Ferrari F430 Scuderia as its technical and aesthetic benchmark. The research activity was organized through several integrated methodological phases. Initially, an accurate three-dimensional geometric model was developed using Autodesk Inventor Professional software, faithfully reproducing the original component's proportions and lightening pockets. Concurrently, an in-depth analytical study of vehicle dynamics was conducted to determine the loads acting on the wheel system under the most severe operating conditions, following the methodological approach proposed by Derek Seward. Longitudinal load transfers (braking and acceleration) and lateral load transfers (cornering at the limit of adhesion) were rigorously calculated, including the impulsive stress derived from traversing a speed bump, identified as the Worst-Case Scenario. The core of the work lies in the Finite Element Analysis (FEM), used to map Von Mises stresses and structural displacements. A central aspect of the thesis is the comparative study between two different fastening systems: the standard five-bolt configuration and the center-lock system (typical of the Challenge versions). This comparison evaluated how the different distribution of masses and constraints influences the stiffness and mechanical resistance of the center disk. Finally, through iterative geometric variations, the optimization of the stiffness-to-weight ratio was pursued, with the goal of reducing unsprung mass to improve the vehicle's responsiveness and dynamic performance. The results validate the optimized design, ensuring significant safety margins against material yielding and confirming the effectiveness of virtual prototyping tools in the design of safety-critical mechanical components.

Il presente lavoro di tesi si pone l’obiettivo di studiare, analizzare e ottimizzare dal punto di vista strutturale un cerchio ad alte prestazioni destinato a vetture sportive, assumendo come punto di riferimento tecnico ed estetico il design iconico della Ferrari F430 Scuderia. L’attività di ricerca si è articolata attraverso diverse fasi metodologiche integrate. Inizialmente, è stata effettuata una modellazione geometrica tridimensionale accurata mediante il software Autodesk Inventor Professional, riproducendo fedelmente le asole di alleggerimento e le proporzioni del componente originale. Parallelamente, è stata condotta un’analisi analitica approfondita della dinamica del veicolo per determinare i carichi agenti sul sistema ruota nelle condizioni d'esercizio più gravose, seguendo l'approccio metodologico proposto da Derek Seward. Sono stati calcolati con rigore i trasferimenti di carico longitudinali (frenata e accelerazione) e laterali (percorrenza in curva al limite di aderenza), includendo inoltre la sollecitazione impulsiva derivante dal superamento di un dosso, identificata come il "Caso Peggiore" (Worst Case Scenario). Il cuore del lavoro risiede nell'analisi agli elementi finiti (FEM), utilizzata per mappare le tensioni di Von Mises e gli spostamenti strutturali. Uno degli aspetti centrali della tesi è lo studio comparativo tra due differenti sistemi di fissaggio: la configurazione standard a cinque fori e il sistema monodado (tipico delle versioni Challenge). Il confronto ha permesso di valutare come la diversa distribuzione delle masse e dei vincoli influenzi la rigidezza e la resistenza meccanica del disco centrale. Infine, attraverso varianti geometriche iterative, è stata ricercata l’ottimizzazione del rapporto rigidezza/peso, con l'obiettivo di ridurre le masse non sospese per migliorare la reattività e le prestazioni dinamiche della vettura. I risultati ottenuti validano il design ottimizzato, garantendo ampi margini di sicurezza rispetto allo snervamento del materiale e confermando l'efficacia degli strumenti di prototipazione virtuale nella progettazione di componenti meccanici critici per la sicurezza.