Progettazione Di Un Forcellone Motociclistico Innovativo in Alluminio E Fibra Di Carbonio Per La Categoria Moto2

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA Dipartimento di Ingegneria Industriale DII Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Aerospaziale Tesi Sperimentale di Laurea Magistrale Progettazione di un forcellone motociclistico innovativo in alluminio e fibra di carbonio per la categoria Moto2 Relatore: Prof. Ugo GALVANETTO Correlatori: Ing. Pierluigi MARCONI Per. Ind. Andrea ACQUAVIVA Laureando: Michele CHIARELLO Matricola: 1128812 Anno Accademico 2017/2018 Indice Lista delle figure .......................................................................................... v Lista delle tabelle ........................................................................................ ix Introduzione ................................................................................................ xi Capitolo 1 Bimota .......................................................................................................... 1 1.1 Il nome dei modelli ................................................................................................. 1 1.2 Un po’ di storia........................................................................................................ 2 1.2.1 Gli anni ‘60 ....................................................................................................... 2 1.2.2 Gli anni ‘70 ....................................................................................................... 3 1.2.3 Gli anni ‘80 ....................................................................................................... 4 1.2.4 Gli anni ’90 e 2000 ........................................................................................... 7 1.3 Le competizioni ....................................................................................................... 8 Capitolo 2 Tipologie di forcellone ............................................................................... 13 2.1 Metodologie costruttive ........................................................................................ 13 2.2 Struttura ................................................................................................................. 15 2.3 Elementi di rinforzo .............................................................................................. 16 2.4 Regolazione della catena ....................................................................................... 17 2.5 Accorgimenti ......................................................................................................... 18 Capitolo 3 La sospensione posteriore ......................................................................... 21 3.1 Mono-shock e Dual-shock .................................................................................... 22 3.1.1 Il forcellone oscillante classico ...................................................................... 22 3.1.2 Il forcellone oscillante Cantilever .................................................................. 22 i 3.2 La rigidezza ridotta ................................................................................................ 23 3.3 I leveraggi introdotti .............................................................................................. 26 Capitolo 4 Le Bimota HB4 Moto2 e BB3 EVO Superbike ....................................... 29 4.1 Principali caratteristiche tecniche .......................................................................... 30 4.2 Il forcellone in alluminio ....................................................................................... 32 4.3 Punti notevoli della sospensione ............................................................................ 33 Capitolo 5 Il modello ad elementi finiti ...................................................................... 37 5.1 La geometria .......................................................................................................... 37 5.2 La mesh.................................................................................................................. 38 5.3 Materiali utilizzati .................................................................................................. 41 5.4 Vincoli ................................................................................................................... 41 5.4.1 Pivot forcellone ............................................................................................... 42 5.4.2 Cinematismo della sospensione ...................................................................... 43 5.4.3 Perno ruota ...................................................................................................... 44 5.5 Validazione sperimentale del modello .................................................................. 45 5.5.1 Rigidezza torsionale del forcellone ................................................................. 46 5.5.2 Carico assiale sulla biella e sulla molla della sospensione ............................. 47 5.6 Carichi ed analisi effettuate ................................................................................... 48 5.7 Stima delle rigidezze caratteristiche dell’assieme ................................................. 49 5.7.1 Metodo diretto ................................................................................................. 50 5.7.2 Metodo algebrico ............................................................................................ 51 Capitolo 6 Il forcellone originario .............................................................................. 53 6.1 Spessori caratteristici ............................................................................................. 53 6.2 Analisi lineare statica nella condizione di massimo carico ................................... 54 6.3 Frequenze proprie e modi di vibrare...................................................................... 57 ii 6.4 Rigidezze caratteristiche del forcellone ................................................................ 58 6.4.1 Metodo diretto ................................................................................................ 58 6.4.2 Metodo algebrico ............................................................................................ 58 6.4.3 Confronto con il dato sperimentale ................................................................ 62 Capitolo 7 Il forcellone innovativo in alluminio e fibra di carbonio ....................... 63 7.1 Obiettivo del lavoro ............................................................................................... 63 7.2 Il laminato in fibra di carbonio .............................................................................. 64 7.2.1 Caratteristiche e orientazione delle fibre ........................................................ 64 7.2.2 Criterio di rottura Tsai–Wu ............................................................................ 66 7.3 Incollaggio strutturale metallo-composito ............................................................ 68 Capitolo 8 Le versioni intermedie del forcellone ...................................................... 71 8.1 Forcellone nervato interamente in alluminio con pareti di spessore 2 mm ........... 71 8.2 Forcelloni ibridi in alluminio e composito ............................................................ 73 8.2.1 Chiusure inferiori in laminato (spessore pareti in alluminio: 2 mm) ............. 74 8.2.2 Chiusure inferiori e traverso in laminato (spessore pareti in alluminio: 2 mm) ................................................................................................................................. 76 8.2.3 Chiusure inferiori in laminato (spessore pareti in alluminio: 1.5 mm) .......... 78 8.2.4 Parte centrale e chiusure inferiori in laminato (spessore pareti in alluminio: 1.5 mm) .................................................................................................................... 80 Capitolo 9 La configurazione definitiva..................................................................... 89 9.1 Descrizione della geometria .................................................................................. 89 9.2 Layup valutati e sequenza di laminazione scelta .................................................. 93 9.3 Analisi lineare statica nella condizione di massimo carico ................................... 94 9.4 Stato di sollecitazione delle parti in composito ..................................................... 97 9.5 Analisi di buckling ................................................................................................ 99 9.6 Frequenze proprie e modi di vibrare ................................................................... 100 iii 9.7 Rigidezze caratteristiche del forcellone ............................................................... 101 9.7.1 Metodo diretto ............................................................................................... 101 9.7.2 Metodo algebrico .......................................................................................... 102 Conclusioni e sviluppi futuri .................................................................. 105 Appendici ................................................................................................. 107 Appendice A: Script Matlab®: Metodo algebrico .................................................... 107 Appendice B: Metodo degli elementi finiti ................................................................ 109 Bibliografia ..............................................................................................

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