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 ..............................................................................................