Progettazione sostenibile di veicoli elettrici: CATIA MODSIM ed EcoMaterials

Team ChampionXperience

14 settembre 2026 5 minuti di lettura

Il dilemma della progettazione dei veicoli elettrici: trovare un equilibrio tra il peso della batteria e l'utilizzo di materiali ecocompatibili

Vi è mai capitato di esaminare le specifiche di un moderno veicolo elettrico (EV) e di chiedervi come facciano gli ingegneri a garantirne la sicurezza strutturale pur trasportando un pacco batterie così imponente? È una sfida enorme. Da un lato, c'è la pesante batteria di trazione che richiede una robusta protezione fisica e un'efficace gestione termica. Dall'altro, ci sono le rigide normative globali che impongono di ridurre il peso del veicolo e le emissioni di carbonio durante l'intero ciclo di vita. Se siete ingegneri del settore automobilistico, conoscete fin troppo bene questa difficoltà.

Storicamente, la risoluzione di questi problemi implicava infiniti scambi di informazioni tra progettisti CAD e specialisti di simulazione. Quando una simulazione di impatto rivelava un difetto strutturale, erano passate settimane e il progetto era già progredito. Oggi, questo approccio lento e frammentato non è più praticabile. Il pioniere del settore automobilistico Denis Schmitz sta dimostrando come superare queste barriere tradizionali combinando materiali ecocompatibili avanzati con un flusso di lavoro unificato di modellazione e simulazione, come evidenziato nel blog di 3DS. Utilizzando CATIA, SIMULIAe la 3DEXPERIENCE , gli ingegneri possono ora progettare, simulare e monitorare simultaneamente l'impatto ambientale.

Cos'è MODSIM e perché sta rivoluzionando l'ingegneria dei veicoli elettrici?

Se siete stanchi di esportare file STEP, ricostruire mesh e perdere informazioni cruciali sulla progettazione durante i passaggi di consegne tra i reparti, dovete conoscere MODSIM (Modellazione e Simulazione). Questo paradigma trasforma la simulazione da strumento di validazione in fase avanzata a motore attivo della fase di progettazione iniziale. Invece di trattare CAD e CAE come discipline separate, MODSIM le unifica in un unico modello dati all'interno della 3DEXPERIENCE .

Quando si modifica una funzione parametrica in CATIA, il corrispondente modello agli elementi finiti in SIMULIA si aggiorna automaticamente. Questo flusso digitale continuo elimina gli errori di conversione e riduce drasticamente i tempi di sviluppo. Per le architetture complesse dei veicoli elettrici, dove gli alloggiamenti delle batterie devono fungere anche da elementi strutturali portanti, questo ciclo di feedback in tempo reale rappresenta una svolta. Consente ai team di progettazione di eseguire decine di iterazioni strutturali nel tempo che prima era necessario per completarne una sola.

Progettare con i materiali ecologici: oltre i metalli tradizionali

Per raggiungere gli ambiziosi obiettivi di decarbonizzazione, dobbiamo guardare oltre l'acciaio e l'alluminio tradizionali. Gli ingegneri stanno esplorando sempre più materiali compositi sandwich avanzati e persino materiali a base di legno per componenti strutturali e semistrutturali. Ad esempio, Schmitz ha collaborato con StrongByForm per sviluppare una struttura del tetto sandwich leggera progettata per massimizzare lo spazio per la testa dei passeggeri, mantenendo al contempo elevate prestazioni in caso di impatto e isolamento termico.

Come si confrontano questi materiali alternativi con i metalli tradizionali utilizzati nel settore automobilistico? La tabella seguente illustra i compromessi che gli ingegneri devono valutare nelle prime fasi del ciclo di progettazione:

Classe di materiale	Potenziale di risparmio di peso	Impronta di carbonio (grezza)	Beneficio strutturale primario	Principale sfida nel settore manifatturiero
Acciaio ad alta resistenza	Linea di base	Alto	Eccellente assorbimento di energia	costi elevati delle presse per stampaggio
leghe di alluminio	Da moderato ad alto	Molto elevato (a meno che non venga riciclato)	Eccellente rapporto resistenza-peso	Saldatura/giunzione complessa
Compositi sandwich	Molto alto	Moderare	Elevata rigidità flessionale, acustica	Tempi di ciclo e integrazione dell'assemblaggio
Compositi a base di legno	Alto	Molto basso (potenziale di carbonio negativo)	Smorzamento naturale, ingombro ridotto	Resistenza all'umidità, utensili per la rimozione delle incrostazioni

Valutare queste opzioni richiede più di semplici test meccanici. Bisogna anche capire come questi materiali si comportano in condizioni di stress estremo, ed è qui che entrano in gioco le simulazioni avanzate.

Simulazione della sicurezza: resistenza agli urti e protezione della batteria

Nei veicoli elettrici, il pacco batterie è il componente più vulnerabile e costoso. Proteggerlo durante un impatto laterale contro un palo o una collisione con sovrapposizione ridotta richiede percorsi di carico estremamente controllati. Non ci si può permettere di ipotizzare dove si verificherà la deformazione strutturale.

Utilizzando SIMULIA sulla 3DEXPERIENCE , gli ingegneri possono eseguire rigorose analisi quasi-statiche e simulazioni dinamiche di impatto direttamente sul modello CAD attivo. Ciò consente di visualizzare come un tetto composito a sandwich o un pannello del pavimento in legno si deformeranno sotto carico. Identificando tempestivamente i potenziali punti di cedimento, è possibile implementare di progettazione parametriche e utilizzare l'ottimizzazione topologica per rinforzare le aree soggette a forti sollecitazioni, rimuovendo al contempo il materiale in eccesso dalle zone a basso carico. Il risultato è una struttura leggera e altamente ottimizzata che garantisce la sicurezza degli occupanti e l'integrità della batteria.

Traccia ogni grammo di CO2 con l'applicazione EcoDesign

La vera sostenibilità non riguarda solo le emissioni allo scarico, ma l'intero ciclo di vita del veicolo. È qui che l' applicazione EcoDesign sulla 3DEXPERIENCE diventa indispensabile. Integrato direttamente nell'ambiente di lavoro di progettazione, questo strumento consente di eseguire una valutazione completa del ciclo di vita (LCA) già in fase di progettazione.

Il software tiene traccia delle emissioni di carbonio lungo l'intera catena del valore, tra cui:

Estrazione e lavorazione delle materie prime
Produzione di semilavorati
logistica e trasporto della catena di approvvigionamento
Fase di utilizzo attivo del veicolo
Scenari di riciclo e smaltimento a fine vita

Integrando i dati LCA direttamente nel gemello virtuale, i team di ingegneri possono prendere decisioni basate sui dati. Ad esempio, è possibile confrontare istantaneamente l'impronta di carbonio derivante dall'utilizzo di un composito di origine biologica rispetto a una lega di alluminio riciclato, garantendo che il progetto sia in linea con gli indicatori chiave di prestazione (KPI) di sostenibilità aziendali prima ancora di costruire un prototipo fisico.

Trovare un equilibrio tra sostenibilità e redditività economica

Un design ecocompatibile ha successo solo se può essere prodotto su larga scala in modo economicamente vantaggioso. La scelta di un materiale composito all'avanguardia che richiede presse enormi e attrezzature a più fasi potrebbe avere senso per una supercar prodotta in serie limitata, ma risulta del tutto sbilanciata per un veicolo passeggeri destinato al mercato di massa.

Grazie all'ambiente unificato 3DEXPERIENCE , gli ingegneri possono valutare le tecnologie di produzione e i costi degli utensili in parallelo con le prestazioni dei materiali. Questa visione olistica garantisce che i processi produttivi siano perfettamente allineati ai volumi di produzione prefissati. Previene costose riprogettazioni in fase avanzata e assicura che il veicolo elettrico sostenibile sia al contempo ecocompatibile e commercialmente redditizio.

Siete pronti ad abbattere le barriere tra i vostri team di progettazione e simulazione per costruire la prossima generazione di veicoli sostenibili?

Questa guida si basa sulle informazioni tratte dal blog ufficiale di DS.