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  Comunicati Stampa > Italiankart History 04-03-2008

La progettazione avanzata dei telai per go kart
Il telaio di un kart, ed in particolare le sue caratteristiche di funzionamento, giocano un ruolo fondamentale nella definizione del comportamento...


Il telaio di un kart, ed in particolare le sue caratteristiche di funzionamento, giocano un ruolo fondamentale nella definizione del comportamento dinamico dell’intero veicolo. Infatti, essendo il kart un veicolo privo di sospensioni e di differenziale, è riservato al telaio l’incarico di assolvere tali funzioni. Questo, grazie alle sue caratteristiche elastiche, deve essere in grado sia di isolare il pilota assorbendo, insieme ai pneumatici, una parte delle sollecitazioni dovute all’interazione col manto stradale, che, ottimizzando la distribuzione dei carichi a terra, di consentire il sollevamento della ruota posteriore interna durante la percorrenza di una curva, evitando slittamenti del retrotreno che risulterebbero penalizzanti ai fini delle prestazioni del veicolo stesso. Uno dei principali parametri caratterizzanti il telaio è la sua rigidezza torsionale definita come la coppia che si genera per una torsione unitaria del telaio, e viene misurata abitualmente in Nmm/°. Tale parametro è molto importante per la corretta scelta del telaio da utilizzare in un determinato circuito ed in determinate condizioni di grip. In particolare, là dove il grip è basso si cercherà l’impiego di un telaio più flessibile, e quindi con rigidezza più bassa, in modo da consentire un adeguato trasferimento di carico sulle ruote esterne in appoggio e contemporaneamente di far si che il veicolo abbia reazioni più prevedibili e progressive, aumentando la sensazione di controllo del veicolo. Nel caso contrario di elevato grip la scelta sarà opposta alla precedente, in modo da avere reazioni del veicolo più pronte alle variazioni di traiettoria e al tempo stesso un migliore funzionamento dei pneumatici. Appare evidente quale sia l’importanza della rigidezza torsionale, che dipende dalla configurazione geometrica della scocca (i.e. la sua forma), dal diametro dei tubi che vengono impiegati per la costruzione e dalle caratteristiche meccaniche del materiale di cui il telaio è composto. Generalmente si tratta di un acciaio legato al Cromo-Molibdeno, che garantisce caratteristiche di buona flessibilità, alta resistenza e basso peso, tutte indispensabili per la buona performance del veicolo. Componente % Peso C 0.28-0.33 Cr 0.8-1.1 Fe 97.3-98.22 Mn 0.4-0.6 Mo 0.15-0.25 P Max 0.035 S Max 0.04 Si 0.15-0.35 (Tabella 1: AISI 4130 - Composizione.) La metodologia attualmente utilizzata in fase di progettazione del telaio è prevalentemente basata su metodi empirici, ed in particolare dettata dall’esperienza individuale maturata nel corso degli anni da persone addette ai lavori. In questo senso grandi passi in avanti si possono fare con l’impiego delle nuove tecnologie ingegneristiche, in grado di ottimizzare il comportamento del telaio, abbattendo l’inerzia della progettazione sia per quanto riguarda i tempi, che per quanto riguarda i costi della sperimentazione. In particolare, il metodo dell’analisi agli elementi finiti (FEA) consente al progettista la valutazione, già nelle prime fasi del design, delle caratteristiche strutturali dei telai, quindi delle rigidezze torsionali e flessionali, ma anche la stima, con buona precisione, dell’entità dei trasferimenti di carico a terra in diverse condizioni dinamiche (accelerazione, frenatura, percorrenza di curva). Il metodo si basa sulla discretizzazione della struttura, che viene rappresentata mediante elementi di dimensione finita (da qui il nome del procedimento) di cui è noto il comportamento strutturale. Il calcolatore provvede quindi all’assemblaggio della matrice di rigidezza [K] della struttura e, conoscendo le condizioni al contorno del problema, è possibile la risoluzione del problema elastico e la determinazione del campo di spostamenti e del campo tensionale propri della struttura. Esistono molti software dedicati all’analisi strutturale. Molti di questi hanno tuttavia campo di applicazione generale e hanno lo svantaggio di richiedere competenze tecniche di alto livello per l’utilizzo. Da tempo si sentiva la necessità di uno strumento di progettazione avanzata dedicato al mondo del karting. E a questa esigenza si propone di dare una risposta KP Chassis, il nuovo strumento di progettazione e calcolo sviluppato da TVK-Project, una nuova società di sviluppo software per il motorsport che si propone di fornire strumenti allo stato dell’arte della tecnica per la progettazione e l’ottimizzazione di go kart da competizione. KP Chassis abbina la flessibilità di modellazione dei moderni CAD industriali alla potenza del calcolo ad elementi finiti, tutto in un’unica soluzione software di facile utilizzo anche per chi non ha conoscenze ingegneristiche di elevato livello. All’interno del software è possibile modellare da zero un nuovo telaio attraverso il modulo CAD, oppure modificare una configurazione esistente, generabile anche mediante un processo di configurazione guidata. È possibile modificare, in maniera molto semplice, tutte le principali caratteristiche del solo telaio e del veicolo completo: geometria, diametro e spessore dei tubi, materiali, ergonomia del pilota, assale, angoli di regolazione caratteristici, posizione delle masse a bordo (pilota, serbatoio, motore, etc.) e così via, potendo quindi rappresentare in maniera molto fedele il veicolo reale. Una volta che la geometria del modello è stata consolidata, semplicemente premendo un bottone, il software esegue in automatico una serie di analisi numeriche, mediante le quali è possibile determinare una serie di indici prestazionali utili alla previsione del comportamento del telaio in pista (rigidezza torsionale globale, rigidezza torsionale di avantreno e retrotreno, rigidezza flessionale, rigidezza assale, etc.). Grazie ad un algoritmo di calcolo quasi statico appositamente sviluppato da TVK-Project è inoltre possibile la previsione, con buona approssimazione, dei trasferimenti di carico durante le diverse condizioni dinamiche sopra descritte. Il software consente di caricare all’interno dello stesso ambiente un numero arbitrario di modelli virtuali di kart, rendendo quindi molto semplice effettuare dei confronti in tempo reale tra le diverse geometrie e tra i diversi set-up. Una funzionalità di reporting consente infine di ottenere dei report tecnici che riassumono, per ogni modello, le caratteristiche principali e i parametri strutturali calcolati. E’ quindi chiaro il vantaggio che si può conseguire nell’utilizzo di un simile strumento, legato essenzialmente alla riduzione del numero di prototipi sperimentali richiesti, all’abbattimento dei costi di progettazione e sviluppo e alla forte riduzione del time to market. E’evidente come KP Chassis è la risposta definitiva per quei costruttori che sono alla ricerca di un significativo incremento nelle prestazioni raggiunte, associato ad un contenimento dei costi e quindi a un complessivo aumento di competitività della propria azienda.

www.tvk-project.com

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