pdf rivista - Analisi e Calcolo

Case History
Analisi agli Elementi Finiti
per la moto
più veloce del mondo
Un eccezionale veicolo frutto di 17 anni di collaborazione tra Joe Harralson,
della Sierra Design Engineering, e Denis Manning, proprietario della BUB Enterprises,
produttrice di sistemi di scarico per motociclette. Algor FEA strumento indispensabile
per l'analisi della maggior parte dei componenti.
anno e mezzo fa (esattamente il 5 settembre 2006), il più volte campione
dell'American Motorcyclist Association,
Chris Carr, a bordo dell'aerodinamica "Seven"
(che assomiglia più a un razzo su due ruote
piuttosto che a una tradizionale motocicletta), registrò un nuovo record mondiale raggiungendo la velocità di 350,884 mph (circa
564,677 kmh), a Bonneville Salt Flats, nei
pressi di Wendover, Utah.
L'eccezionale veicolo era frutto di 17 anni di
collaborazione tra Joe Harralson, della
Sierra Design Engineering, e Denis Manning,
proprietario della BUB Enterprises, produttrice di sistemi di scarico per motociclette.
Nella primavera del 1989 Harralson, che era
docente di ingegneria meccanica alla
California State University di Sacramento e
precedentemente aveva lavorato per Mercury
Marine e McCulloch Corporation come progettista, iniziò a disegnare il motore e la trasmissione, mentre Manning progettava e
costruiva il resto di questa incredibile moto.
Diciassette anni fa, le capacità dei software
agli elementi finiti erano piuttosto limitate
rispetto agli standard odierni. Tuttavia, Algor
FEA si rivelò uno strumento indispensabile
per l'analisi della maggior parte dei componenti del motore aspirato V4 a 90° con
potenza superiore ai 420 cavalli. In particolare, l'albero motore era sottoposto a forti
carichi torsionali a causa dell'irregolare alimentazione. Grazie all'analisi con Algor tutti
i problemi furono superati e durante i test
successivi il motore non fu mai soggetto a
cedimenti meccanici.
La progettazione del telaio, delle sospensioni e delle ruote fu dapprima eseguita in
SolidWorks e successivamente integrata nell'interfaccia Fempro di Algor per l'analisi.
La carenatura fu progettata ispirandosi parzialmente alla silouette di un salmone. Era
fabbricata in Kevlar® e fibra di carbonio, in
un sandwich contenente Nomex® a nido
d'ape, in modo da sostituire il tradizionale
telaio tubolare, come avviene nelle attuali
vetture di Formula Uno.
Harralson effettuò analisi comparative tra il
telaio in tubi di acciaio e il nuovo telaio in
materiale composito. Il problema di maggior
interesse era la rigidezza torsionale dei telai.
Una volta realizzato il modello Algor per ciascun telaio, si poté determinare la rispettiva
rigidezza torsionale e quello in fibra di carbonio risultò non soltanto più rigido, ma
anche signif icativamente più leggero.
U
- Analisi e Calcolo Marzo 2008
(Streamliner photograph courtesy of Debra Robertson.
Engine photograph courtesy of Horst Rosler).
(Photograph courtesy of Mark Gardiner).
(Photographs courtesy of Debra Robertson).
Inoltre, i successivi test dimostrarono che la
rigidezza strutturale effettiva e quella prevista dall'analisi non differivano più del 5% in
entrambi i casi.
Analoga simulazione fu eseguita per il braccio oscillante della sospensione posteriore e
ancora una volta Algor fu determinante per
identificare un errore di progettazione. Il
progetto originale prevedeva un pezzo in
acciaio saldato, mentre il nuovo componente
fu prodotto in lega di alluminio 6061-T6. Il
modello in Algor prospettava valori di rigidezza molto più alti di quelli misurati per il
braccio oscillante in alluminio: un risultato
molto deludente. Tuttavia, ulteriori analisi
ne rivelarono il motivo. Nel modello simulato
le due parti erano connesse da un grande
elemento a croce, che si presumeva saldamente unito.
Nel braccio oscillante reale, l'elemento a
croce era fissato semplicemente da un esiguo numero di bulloni.
Divenne subito chiaro che questa connessione era inefficace. Una volta che l'elemento
di giunzione fu riprogettato, il valore della
rigidezza del braccio oscillante si avvicinò
notevolmente a quella espressa dal modello
e ogni problema fu superato.
Il sof tware Algor venne inf ine utilizzato
anche per la progettazione delle ruote, sottoposte a enormi sollecitazioni centrifughe,
dovendo raggiungere oltre 3.500 giri al
minuto.
La prova della validità delle analisi effettuate da Harralson è il record raggiunto da
"Seven" a Bonneville Salt Flats: "Niente si è
rotto e tutto è andato bene" ha detto non
senza una punta di giustificato orgoglio.
Pagina 35