Topology optimization of a motorcycle swingarm

In this thesis the optimization of a motorcycle swingarm has been carried out. Topology Optimization has been adopted, using Solid Isotropic Material With Penalization technique. The potentiality of Topology Optimization technique in the early phase of design process has been shown in a company environment. This thesis work has been developed at Yamaha Motor Europe, Research and Development Department. The software considered is Hyperworks and Solidthinking. At first, experimental tests have been carried out on existing components to collect relevant data such as stiffness and operative loads. Different feasible solutions in terms of shape, technological process and material have been obtained through optimization and designed to explore the potentiality of the method. Additional numerical tests have been performed to validate the results with positive outcomes. The development of this work has allowed to face real-life engineering problems in a company environment. Although the design is focused on basic structural aspects of the component, in particular stiffness, it must be considered as the first step of an engineering process useful to develop a motorcycle swingarm. Further analysis on the vibrational behaviour or on the fatigue of the component must be carried out, both numerically and experimentally, in order to validate the achieved results.

In questo lavoro di tesi è stata affrontata l’ottimizzazione di un forcellone motociclistico. A tale fine è stata utilizzata la metodologia dell’Ottimizzazione Topologica, adottando la tecnica Solid Isotropic Material With Penalization. Con questo lavoro le potenzialità dell’Ottimizzazione Topologica vengono messe in risalto in un ambiente industriale, in particolare nelle prime fasi del processo di design del componente. L’intero compito è stato svolto presso il Dipartimento di Ricerca e Sviluppo di Yamaha Motor Europe S.r.l.. Il software utilizzato comprende le suite Hyperworks e Solidthinking, fornite in licenza da Altair Engineering. In una prima fase, sono state effettuate prove sperimentali volte alla raccolta di dati riguardanti le rigidezze del componente sotto esame e i carichi a cui esso è sottoposto durante l’esercizio. Successivamente tramite il processo di ottimizzazione sono state ottenute e progettate soluzioni con differenti caratteristiche di forma, processo tecnologico e materiale. Infine sono state effettuate simulazioni numeriche al fine di validare i risultati ottenuti. Lo sviluppo di questo lavoro ha permesso di affrontare problemi reali relativi alla progettazione di un componente meccanico in un ambiente aziendale, con esiti positivi. Sebbene il processo di design sviluppato sia focalizzato principalmente sugli aspetti strutturali del componente, esso va considerato come un primo step nella progettazione di un forcellone motociclistico. Ulteriori e successive analisi riguardanti i modi di vibrare e le frequenze proprie, ovvero la durata a fatica del componente, sono da considerarsi possibili futuri sviluppi di quest’opera.