With the following thesis project, of interest is the development of a Multibody model designed to replicate vibrational phenomena affecting the engine of the MotoGP prototype RS-GP 2024 developed by Aprilia Racing. In this regard, an intensive phase of research and bibliographic study was carried out in the first place, in order to comprehensively understand the theory related to the Rotordynamics of structures and flexible modeling in the Adams View Multibody environment. In fact, the engine model realized presents structures reduced through the Craig-Bampton method applied using MSC Nastran, which allows precisely to generate the mnf files exploited to model the bodies related to the shaft system flywheel. For purely educational purposes, comparative analyses between the dynamic response of complete structures analyzed through the Rotordynamics module and the corresponding structures condensed through SOL103 and SOL107 of Nastran 2024.1 were held. The studies carried out have revealed a strong limitation associated with the Craig-Bampton's classical reduction (SOL103) in that it does not allow a faithful representation of the gyroscopic effects of structures; in contrast, the use of the SOL107 allows better replication of such effects limitedly for bodies that are axisymmetric. So, in the realized motor model, there is an inherent formulation error which unfortunately could not be characterized. In the realization of the complete Multibody model, on the other hand, special attention was paid in the representation of the interaction between the crankshaft and the various bodies present in the system. Sensitivity studies of the model have in fact been carried out relating to the methodology for representing the interaction between the main journal and the engine block, introducing, in addition to an appropriate system of constraints, systems of contact forces designed to replicate the presence of the bushing and the oil film in the sliding bearings. The studies carried out have highlighted a correlation of the model with respect to the experimental data, in the Multibody environment it was in fact possible to replicate the regime of the first resonance with an error between 2-4%, while the average deformation values present an error of 1.5-18% depending on the type of flywheel analyzed.

Con il seguente progetto di tesi è d’interesse lo sviluppo di un modello Multibody atto a replicare dei fenomeni vibratori che interessano l’imbiellaggio motore del prototipo MotoGP RS-GP 2024 sviluppato da Aprilia Racing. A tal proposito si è in primis svolta un’intesa fase di ricerca e studio bibliografico atto a comprendere in modo esaustivo la teoria relativa alla rotodinamica delle strutture e alla modellazione flessibile presente all’interno dell’ambiente Multibody Adams View. Il modello motore realizzato presenta infatti delle strutture ridotte tramite il metodo di Craig-Bampton applicato grazie all’utilizzo di MSC Nastran, il quale consente appunto di generare i file mnf sfruttati per modellare i corpi relativi al sistema albero volano. Per puro scopo didattico si sono volte analisi comparative fra la risposta dinamica di strutture complete analizzate tramite il modulo Rotordynamics e le corrispettive strutture condensate attraverso il SOL103 ed il SOL107 di Nastran 2024.1. Gli studi svolti hanno messo in evidenza una forte limitazione associata al metodo di Craig-Bampton classico (SOL103) in quanto non consente un adeguata rappresentazione degli effetti giroscopici delle strutture, di contro l’utilizzo del SOL107 consente di replicare adeguatamente tali effetti limitatamente per corpi assialsimmetrici. Dunque, nel modello motore realizzato, è presente un errore di formulazione intrinseco che purtroppo non si è avuto modo di caratterizzare. Nella realizzazione del modello Multibody completo si è invece prestata particolare attenzione nella rappresentazione dell’interazione fra l’albero motore e i vari corpi presenti a sistema. Si sono infatti svolti studi di sensitività del modello relativi alla metodologia di rappresentazione dell’interazione fra perno di banco e blocco motore, introducendo, oltre ad un opportuno sistema di vincoli, dei sistemi di forze di contatto atte a replicare la presenza della bronzina e del film d’olio presente nei cuscinetti a strisciamento. Gi studi svolti hanno messo in evidenza una correlazione del modello rispetto al dato sperimentale, in ambiente Multibody è stato infatti possibile replicare il regime della prima risonanza con un errore compreso fra il 2-4%, mentre i valori medi di deformazione presentano un errore del 1.5-18% in funzione della tipologia di volano analizzato.

Modellazione Multibody tramite elementi flessibili del motore Aprilia GP-24

SCANTAMBURLO, ALESSANDRO
2023/2024

Abstract

With the following thesis project, of interest is the development of a Multibody model designed to replicate vibrational phenomena affecting the engine of the MotoGP prototype RS-GP 2024 developed by Aprilia Racing. In this regard, an intensive phase of research and bibliographic study was carried out in the first place, in order to comprehensively understand the theory related to the Rotordynamics of structures and flexible modeling in the Adams View Multibody environment. In fact, the engine model realized presents structures reduced through the Craig-Bampton method applied using MSC Nastran, which allows precisely to generate the mnf files exploited to model the bodies related to the shaft system flywheel. For purely educational purposes, comparative analyses between the dynamic response of complete structures analyzed through the Rotordynamics module and the corresponding structures condensed through SOL103 and SOL107 of Nastran 2024.1 were held. The studies carried out have revealed a strong limitation associated with the Craig-Bampton's classical reduction (SOL103) in that it does not allow a faithful representation of the gyroscopic effects of structures; in contrast, the use of the SOL107 allows better replication of such effects limitedly for bodies that are axisymmetric. So, in the realized motor model, there is an inherent formulation error which unfortunately could not be characterized. In the realization of the complete Multibody model, on the other hand, special attention was paid in the representation of the interaction between the crankshaft and the various bodies present in the system. Sensitivity studies of the model have in fact been carried out relating to the methodology for representing the interaction between the main journal and the engine block, introducing, in addition to an appropriate system of constraints, systems of contact forces designed to replicate the presence of the bushing and the oil film in the sliding bearings. The studies carried out have highlighted a correlation of the model with respect to the experimental data, in the Multibody environment it was in fact possible to replicate the regime of the first resonance with an error between 2-4%, while the average deformation values present an error of 1.5-18% depending on the type of flywheel analyzed.
2023
Multibody analysis with flexible bodies of the Aprilia GP-24 engine
Con il seguente progetto di tesi è d’interesse lo sviluppo di un modello Multibody atto a replicare dei fenomeni vibratori che interessano l’imbiellaggio motore del prototipo MotoGP RS-GP 2024 sviluppato da Aprilia Racing. A tal proposito si è in primis svolta un’intesa fase di ricerca e studio bibliografico atto a comprendere in modo esaustivo la teoria relativa alla rotodinamica delle strutture e alla modellazione flessibile presente all’interno dell’ambiente Multibody Adams View. Il modello motore realizzato presenta infatti delle strutture ridotte tramite il metodo di Craig-Bampton applicato grazie all’utilizzo di MSC Nastran, il quale consente appunto di generare i file mnf sfruttati per modellare i corpi relativi al sistema albero volano. Per puro scopo didattico si sono volte analisi comparative fra la risposta dinamica di strutture complete analizzate tramite il modulo Rotordynamics e le corrispettive strutture condensate attraverso il SOL103 ed il SOL107 di Nastran 2024.1. Gli studi svolti hanno messo in evidenza una forte limitazione associata al metodo di Craig-Bampton classico (SOL103) in quanto non consente un adeguata rappresentazione degli effetti giroscopici delle strutture, di contro l’utilizzo del SOL107 consente di replicare adeguatamente tali effetti limitatamente per corpi assialsimmetrici. Dunque, nel modello motore realizzato, è presente un errore di formulazione intrinseco che purtroppo non si è avuto modo di caratterizzare. Nella realizzazione del modello Multibody completo si è invece prestata particolare attenzione nella rappresentazione dell’interazione fra l’albero motore e i vari corpi presenti a sistema. Si sono infatti svolti studi di sensitività del modello relativi alla metodologia di rappresentazione dell’interazione fra perno di banco e blocco motore, introducendo, oltre ad un opportuno sistema di vincoli, dei sistemi di forze di contatto atte a replicare la presenza della bronzina e del film d’olio presente nei cuscinetti a strisciamento. Gi studi svolti hanno messo in evidenza una correlazione del modello rispetto al dato sperimentale, in ambiente Multibody è stato infatti possibile replicare il regime della prima risonanza con un errore compreso fra il 2-4%, mentre i valori medi di deformazione presentano un errore del 1.5-18% in funzione della tipologia di volano analizzato.
multibody
adams flex
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