Progettazione di un telaio motociclistico da competizione

The present work of thesis proposes the design of a high performance motorcycle frame, developed using Multibody modeling joint with FEM and topology optimization techniques. The frame, intended for racing in Moto 3 World Championship, has been conceived to be realized exclusively by the use of machine tools, a missing manufacturing technology in the motorcycle design. With the aid of FEM simulation technique, the structural components have been statically characterize, in terms of stiffness, and dynamically, obtaining first eigenmodes. After the main loading conditions have been identified, it was estimated the damage life in relation to the target life of the vehicle, identified considering the specific market segment. With a Multibody model, it was simulated the dynamic behavior of the motorcycle in the most critical conditions of use and it was extract the temporal trend of forces on the frame. It was so compute a more accurate analysis , which takes into account the instantaneous state of stress on the frame during different uses. The comparison with experimental data has allowed the validation of the model. Finally, frame performance, in terms of weight and stiffness , has been compared with the solution of a topological optimization: the obtained design solutions represent a good starting point for future developments.

Il presente lavoro di tesi illustra il progetto di un telaio motociclistico ad alte prestazioni, sviluppato utilizzando, in maniera integrata, la modellistica Multibody e gli strumenti di simulazione FEM e di ottimizzazione topologica. Il telaio, destinato alle competizioni nel Campionato Mondiale Moto 3, è stato studiato per essere integralmente realizzato mediante lavorazioni alle macchine utensili, tecnologia attualmente assente nell’ambito della progettazione di motocicli. Attraverso l’ausilio delle tecniche di simulazione FEM, i componenti progettati sono stati caratterizzati staticamente, in termini di rigidezza, e dinamicamente, ricavando i primi modi di vibrare. Identificate le principali condizioni di carico, è stata stimata la vita a danneggiamento in relazione alla durata obiettivo del veicolo, individuata sulla base del segmento di mercato a cui questo si indirizza. Lo sviluppo di un modello Multibody ha permesso di simulare il comportamento dinamico della motocicletta nelle condizioni più critiche di utilizzo e di estrarre l’andamento temporale delle forzanti agenti sul telaio. Si è quindi impostata un’analisi più accurata, che tenga conto dello stato di sollecitazione istantaneo cui è sottoposto il telaio durante le diverse manovre. Il confronto con dati sperimentali ha permesso la validazione del modello. Infine si sono confrontate le performance del telaio progettato, in termini di peso e rigidezza, con il risultato di un’ ottimizzazione topologica: le soluzioni ottenute rappresentano un buon punto di partenza per sviluppi futuri.