Design and optimization of a plastic motorcycle rear subframe

The high competitivity of the motorcycle market flows into the continuous research of the limits of the performances, whether they be power delivery, lightweight design or level of innovation related. One of these aspects is connected to the unceasing increasing number of advanced technological devices that should be fitted into more and more slim vehicles. The aim of this project is to evaluate and design some alternative solutions of an existing KTM motorcycle rear subframe exploiting glass fibre reinforced polymer as main structural material. The initial section is dedicated to the assessment of possible advantages in the plastic material choice in comparison to the most widespread state-of-art solutions, after which the mechanical design phase is presented. By means of simplified finite elements models, realized according to the design surfaces coming from the Style Centre, an initial material selection is performed, then the optimization analyses are illustrated. Those last are based on some fundamental mechanical requirements that the final structure should satisfy. With the objective of mass reduction, a specific range of stiffness, as well as a certain available installation volume, should be guaranteed. In particular topological and sizing optimization processes are considered. Trying to follow the optimal indications in the best way, two different solutions are in the end proposed, analysed and compared.

L’alta competitività del mercato motociclistico sfocia nella continua ricerca del limite delle performance, siano esse legate alla potenza erogata, alla riduzione di massa o al livello di innovazione. Uno di questi aspetti è connesso all’incessante aumento di componenti tecnologici avanzati che devono essere inseriti in veicoli sempre più snelli. Lo scopo del progetto è quello di valutare e progettare soluzioni alternative di un telaietto posteriore di un motociclo KTM attualmente sul mercato, sfruttando un polimero rinforzato con fibre di vetro come principale materiale strutturale. La sezione iniziale è dedicata alla esaminazione dei possibili vantaggi della scelta di un materiale plastico, comparandolo alle soluzioni più diffuse allo stato dell’arte. Successivamente viene presentata la fase di progettazione. Attraverso modelli semplificati agli elementi finiti, realizzati a partire dalle superfici definite dal Centro Stile, viene presentata una selezione di materiale, dopo la quale vengono illustrate le ottimizzazioni. Queste sono basate su requisiti fondamentali che la struttura finale dovrà soddisfare: l’obiettivo della riduzione di massa è soggetto ai vincoli sulla rigidezza e sul volume intero da garantire. In particolare, si ricorre a due processi di ottimizzazione: topologica e di tipo “sizing”. Cercando di seguire al meglio le indicazioni fornite dalle ottimizzazioni, vengono proposte e comparate due strutture alternative.