Analisi e ottimizzazione di telaio e forcellone di un motociclo da competizione = Analysis and optimization of the frame and swingarm of a racing motorcycle

Nelle corse motociclistiche sono tantissimi i fattori che determinano una prestazione ottimale del veicolo e del pilota, tra questi il comportamento della struttura portante del mezzo, in risposta alle forzanti che si generano durante il suo utilizzo in pista, ricopre un ruolo di assoluto rilievo. Risulta quindi fondamentale conoscere le principali caratteristiche degli elementi che costituiscono ‘l’ossatura’ del motociclo così da avere una buona base di partenza da cui partire per effettuare futuri sviluppi. La seguente tesi si è occupata principalmente dell’analisi con conseguente ottimizzazione di due tra i principali componenti del motociclo quali telaio e forcellone, in particolare i componenti oggetto di studio derivano dalla moto impiegata nel campionato CIV nella categoria Premoto3 del team 2WheelsPolito. Il primo passo è stato quindi quello di effettuare diversi tipi di analisi FEA orientate a conoscere diverse caratteristiche del telaio e forcellone così da comprenderne il comportamento e i dati fondamentali utili per le fasi successive dello studio. Il processo è stato possibile grazie all’utilizzo del software di simulazione Ansys Workbench, questo strumento infatti ha permesso di ottenere tutti i vari tipi di simulazione necessari alla corretta caratterizzazione e alla successiva ottimizzazione dei due elementi analizzati. Il processo è iniziato impostando tutti i diversi parametri necessari a garantire una discretizzazione dei componenti e quindi una conseguente simulazione il più affidabile possibile, per verificare tale condizione sono stati usati diversi indicatori che permettono di capire se il modello di studio utilizzato genera dei risultati coerenti con il modello reale. Le prime analisi effettuate sono state quelle per ricavare le rigidezze, queste sono utili in senso generale così da avere una base di confronto nel caso si apportino delle modifiche, ma in questa trattazione questi dati sono stati utilizzati come parametro di controllo per la successiva ottimizzazione. Quindi si sono studiati i casi critici che si verificano durante l’utilizzo del veicolo in pista ovvero: accelerazione massima, frenata massima, urto contro un gradino e veicolo in curva. I carichi che si verificano in queste condizioni al limite sono stati ricavati attraverso stime o da dati derivanti da uno strumento di simulazione del team. Successivamente si è passati all’analisi modale così da ricavare le frequenze naturali dei due componenti, inoltre è stata fatta anche una prova con l’assieme di telaio, forcellone e una massa concentrata in sostituzione del motore. Grazie alla simulazione di un giro di pista sul circuito di Aragòn si sono trovate le forze che vengono scambiate nel contatto pneumatico-asfalto, queste sono state utilizzate per ottenere la vita a fatica di telaio e forcellone che è risultata rispettivamente di 5607,7 giri e 6552,2 giri. L’ultimo argomento trattato è stato quello dell’ottimizzazione, quindi grazie anche alle indicazioni date dall’ottimizzazione topologica e stato possibile eliminare massa dai due componenti, come vincolo iniziale è stato posto quello di ottenere delle rigidezze che si mantenessero in un limite di ± 3% rispetto ai valori iniziali. Come risultato finale complessivamente si è riuscito ad eliminare 282,4 g dal telaio e 218,6 g dal forcellone ottenendo quindi un risparmio di massa complessiva di 501 g, mantenendo il vincolo imposto dalle rigidezze.