L’obiettivo principale posto alla base dell’accurata modellazione del reverse è l’ottenimento di un solido simile all’originale sul quale poter eseguire significative analisi agli elementi finiti (FEM). Queste prove sono state pensate sia per verificare la resistenza strutturale del forcellone, originariamente progettato per una moto di uso comune e successivamente adattato ad una moto da corsa, sia per suggerire future modifiche di rinforzo.

In quest’ottica, il forcellone è stato sottoposto a quattro diverse prove di resistenza per testarne la risposta a condizioni limite durante una gara:

Il forcellone è collegato mediante una cerniera al telaio, un “prolink” (braccio particolare per regolare l’interazione telaio - ammortizzatore - forcellone)  all’ammortizzatore e un albero alla ruota posteriore. Per riprodurre al meglio tale configurazione con il software Catia V5 sono state usate due cerniere per il collegamento forcellone - telaio; sull’albero posteriore, invece, sono state calcolate le risultanti di tutte le forze agenti durante le varie prove.

Questa modellazione ha un difetto: si trascura l’effetto della molla rendendo soprattutto la prova di “jump” più drastica del dovuto. Le deformazioni laterale e torsionale, invece, non scaricando le forze sull’ammortizzatore, non risentono di questa semplificazione.

Tutte le forze di seguito riportate sono frutto di accurati calcoli in Matlab sfruttando stime, misure e formule ben note della letteratura della meccanica.

Principali caratteristiche della moto e del materiale del forcellone (frutto di stime o calcoli):

Tutte le prove sono state effettuate considerando un coefficiente di sicurezza pari a 1,5 applicato a tutte le forze o momenti calcolati e di seguito riportati.

1. Compressione durante accelerazione massima a 40km/h

Osservando la curva di coppia del motore SXV550 si individua un massimo di 55Nm a 6000rpm. Questa coppia, opportunamente rapportata, viene scaricata sul pneumatico a circa a 40km/h, quindi in prima marcia e con una forza  aerodinamica contraria: condizione che si verifica spesso all’uscita di curve lente.
Oltre a misurare sperimentalmente l’accelerazione massima raggiunta durante lo sprint (0-60km/h), è stata calcolata l’accelerazione massima possibile dovuta al limite di impennata o allo slittamento della ruota posteriore.
Prendendo come accelerazione massima quella ottenuta in prova si giunge ai seguenti risultati:

I valori di sforzo massimo rientrano nel limite di snervamento del materiale, in questo caso alluminio con carico di snervamento attorno ai 500 MPa. Bisogna comunque considerare che oltre al coefficiente di sicurezza (1,5) e alla semplificazione dei vincoli (cerniera invece che molla), questi valori vengono solo raggiunti in un punto particolarmente critico per la “mesh” creata da Catia: un raccordo all’interno di un foro. Risultano quindi quasi trascurabili in quanto soggetti ad un errore elevato di calcolo (12%).

Realizzando un istogramma si può notare come la maggior parte degli sforzi si concentri tra 2 e 30 MPa, ben un ordine di grandezza inferiore.

2. Deformazione laterale dovuta all’azione di forze centrifughe e di peso (sx, dx)

Questa è una prova particolarmente critica per tutti i forcelloni: la molla, infatti, non può scaricare la forza laterale costringendo così la struttura a reagire con la propria rigidezza.
La forza applicata è una componente della forza centrifuga generata in curva e si scarica lateralmente e ortogonalmente sul forcellone. È stata calcolata considerando una curva percorsa a velocità costante.
Ovviamente, trattandosi di un forcellone asimmetrico, l’analisi FEM è stata eseguita sia per curve verso destra sia per curve verso sinistra.

Come prevedibile la risposta è differente per curve a sinistra e curve a destra. A cambiare non sono però i valori massimi quanto la distribuzione degli sforzi: nella curva verso destra è sollecitato maggiormente il braccio dx, viceversa perla curva verso sx. Rientrano comunque tutti nella norma garantendo una buona rigidezza trasversale.
Si nota come questa prova metta più in difficoltà il forcellone suggerendo un opportuno rinforzo per migliorare la guidabilità della moto.

3. Rigidezza torsionale in entrata e uscita di curva

Questo prova, simile alla precedente, viene effettuata per verificare la rigidezza del forcellone, ma ha anche un riscontro nella realtà: all’entrata o all’uscita di curve si instaura, infatti, il momento di rollio oltre ad un momento torsionale dovuto, sempre in curva, a forze centrifughe e di peso moltiplicate per il braccio della ruota posteriore.

Con le stesse ipotesi di prima sono stati ottenuti i seguenti risultati:

Al contrario della prova precedente il comportamento tra curva destra e sinistra è uguale trattandosi appunto di un momento.

4. “Jump” dovuto al passaggio di un cordolo o altra asperità

Questa è la prova che risente maggiormente della semplificazione fatta trascurando la molla. Il carico applicato corrisponde al prodotto tra massa e un’accelerazione di “5G” dovuta al passaggio di un cordolo. Questi sono parametri standard utilizzati nei GP di moto per garantire l’adeguata sicurezza.

Si noti come i valori di sforzo massimo (come già spiegato precedentemente raggiunto solo in un punto particolarmente critico per la mesh) superino il limite di snervamento, portando teoricamente alla rottura il forcellone. Si affianca anche un’immagine con suddivisione statistica (istogramma) degli sforzi.

Anche lo spostamento non risulta accettabile. Si ricorda però che la molla, con una compressione massima di 70 mm, sarebbe in grado di assorbire completamente lo spostamento prodotto riducendo così notevolmente il carico impulsivo imposto.

Si riporta per il Jump una particolare sezione per far notare il famoso punto critico della mesh:

Conclusioni:

Questo studio, anche se molto accurato dal punto di vista dei calcoli e delle stime delle varie forze, non può fornire valori esatti per gli sforzi nei vari punti. Gli errori di calcolo di Catia rientrano nel 10%; questo però senza considerare la semplificazione della struttura, vincolata con una cerniera al posto di una molla. Le prove risultano quindi più drastiche, ma fornisco qualitativamente gli stessi risultati suggerendo così dove intervenire per rinforzare la struttura e garantire, oltre alla sicurezza, una migliore rigidezza e quindi maneggevolezza della moto.