Analisi strutturale e modale delle deformazioni di un telaio di kart da competizione

This thesis work aims to analyze the structural behavior of a competition kart frame, with particular attention to its deformability under the typical loads to which it is subjected during track use. The main objective of the study is the determination of the torsional and bending stiffnesses of the front and rear sections of the frame, which are fundamental parameters for understanding the frame's behavior under different operating conditions. Excessive deformation of the frame can indeed cause undesired contact between the structure and the track surface, with negative consequences from both a structural and performance standpoint. This phenomenon leads to premature wear and damage to the frame, reducing its useful life, while simultaneously worsening vehicle performance by increasing lap times. The adopted methodology is based on the use of finite element analysis (FEM) primarily conducted with ANSYS software, integrated with analytical models developed in Excel. The simulations were performed considering quasi-static loading conditions, which represent typical steady-state configurations of track use, such as turns taken at constant speed and acceleration and braking phases. The analysis allowed for the evaluation of the distribution of deformations along the frame structure and the quantification of characteristic stiffnesses in different zones of the frame. The results obtained provide useful indications for understanding the mechanical behavior of the frame and identifying any structural criticalities. The study contributes to the understanding of the deformation behavior of kart frames and provides evaluations for the optimization of setup and structural geometries, with the objective of improving both the durability and overall performance of the vehicle.

Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare il comportamento strutturale del telaio di un kart da competizione, con particolare attenzione alla sua deformabilità sotto i carichi tipici ai quali è sottoposto durante l'utilizzo in pista. L'obiettivo principale dello studio è la determinazione delle rigidezze torsionali e flessionali delle sezioni anteriore e posteriore del telaio, parametri fondamentali per comprendere il comportamento del telaio nelle diverse condizioni operative. La deformazione eccessiva del telaio può infatti provocare il contatto indesiderato tra la struttura e la superficie della pista, con conseguenze negative sia dal punto di vista strutturale che prestazionale. Questo fenomeno comporta l'usura prematura e il danneggiamento del telaio, riducendone la vita utile, e al contempo peggiora le prestazioni del veicolo, incrementando i tempi sul giro. La metodologia adottata si basa sull’utilizzo di analisi agli elementi finiti (FEM) principalmente legata al software ANSYS, integrata con modelli analitici sviluppati in ambiente Excel. Le simulazioni sono state eseguite considerando condizioni di carico quasi-statiche, le quali rappresentano configurazioni a regime tipiche dell'utilizzo in pista, come curve percorse a velocità costante e fasi di accelerazione e frenata. L'analisi ha permesso di valutare la distribuzione delle deformazioni lungo la struttura del telaio e di quantificare le rigidezze caratteristiche nelle diverse zone del telaio. I risultati ottenuti forniscono indicazioni utili per comprendere il comportamento meccanico del telaio e identificare eventuali criticità strutturali. Lo studio contribuisce alla comprensione del comportamento deformativo dei telai da kart e fornisce valutazioni per l'ottimizzazione del setup e delle geometrie strutturali, con l'obiettivo di migliorare sia la durabilità che le prestazioni complessive del veicolo.