VERIFICHE STRUTTURALI E CARATTERIZZAZIONE DELLA VITA A FATICA TRAMITE APPROCCI LOCALI DEL FORCELLONE IN ALLUMINIO SALDATO PER APPLICAZIONI MOTOSTUDENT

The swingarm under investigation was produced in the context of the Motostudent competition by the University of Padua's ‘Quarto di Litro’ team, in the 2022-2023 edition, for the ‘MM800’ petrol motorbike prototype. The swingarm was designed with a focus on the production process on CNC machine tools for CNC machining and subsequent welding, and was verified using a traditional approach for the calculation of static and fatigue strength, with methodologies presented in Eurocode 9 - Design of aluminium structures, validated only numerically. However, there are more innovative approaches in the literature for estimating the life of welded joints, based on local notch mechanics approaches. Therefore, the geometry of the weld joint will be analysed in detail by experimentally obtaining its dimensions using an electron microscope. These data will be utilised to study the weld joint with the Peak Stress Method in the proximity of the toe and root of the seam. It will therefore be possible to obtain an estimate of the fatigue life numerically, based on the loads assumed in the design. Furthermore, the approach will be implemented in the case of variable amplitude fatigue, considering the use of the motorbike on the track of Aragon, Spain, with the data obtained from software for the simulation of the optimum lap of the circuit. Finally, linear elastic experimental tests will be presented to validate the numerical model. These tests involve the use of comparators to measure the displacements of the points of application of the forces, thus obtaining an experimental estimate of the stiffness of the swingarm, which will be compared with the numerical one. In addition, strain gauges will be applied to carry out a verification of the local model, again in the linear elastic range. The work will not only provide a more accurate estimate of the fatigue life in service, but will also build the basis for a subsequent experimental data collection campaign, in which strain gauges can be used directly in the circuit, in order to carry out an experimental verification of the real load spectrum, thus being able to refine the prediction model.

Il forcellone in esame è stato prodotto nel contesto della competizione Motostudent dal team dell'Università di Padova 'Quarto di Litro', nell'edizione 2022-2023, per il prototipo di moto petrol 'MM800'. Il forcellone è stato progettato con l'attenzione al processo di produzione alle macchine utensili per lavorazioni CNC e successiva saldatura ed è stato verificato seguendo un approccio tradizionale per quanto concerne il calcolo della resistenza statica e a fatica, con metodologie presentate nell'Eurocodice 9 - Progettazione di strutture in alluminio, validate unicamente in maniera numerica. Tuttavia in letteratura sono presenti impostazioni più innovative per la stima della vita di giunti saldati, basate su approcci locali di meccanica dell'intaglio. Verrà pertanto analizzata nel dettaglio la geometria del cordone di saldatura, ricavandone sperimentalmente le quote tramite microscopio elettronico. Tali dati verranno utilizzati per studiare la giunzione saldata con il Peak Stress Method in prossimità del piede e della radice del cordone. Sarà pertanto possibile ricavare una stima della vita a fatica in modo numerico, sulla base dei carichi ipotizzati in fase di progetto. Inoltre l'approccio verrà implementato nel caso di fatica ad ampiezza variabile, considerando l'utilizzo della moto sulla pista di Aragon, in Spagna, con i dati ricavati da software per la simulazione del giro di ottimo del circuito. In ultima istanza verranno presentate delle prove sperimentali lineari elastiche per la validazione del modello numerico. Tali test prevedono l'utilizzo di comparatori per misurare gli spostamenti dei punti di applicazione delle forze, ottenendo così una stima sperimentale della rigidezza del forcellone, che verrà confrontata con quella numerica. Inoltre saranno applicati degli estensimetri per effettuare una verifica del modello locale, sempre in ambito lineare elastico. Il lavoro dell'elaborato, oltre a fornire una stima più accurata della vita a fatica in esercizio, getterà le basi per una successiva campagna di raccolta dati sperimentale, nella quale potranno essere impiegati degli estensimetri direttamente in circuito, in modo da effettuare una verifica sperimentale dello spettro di carico reale, potendo così affinare il modello previsionale.