Il costruttore italiano di motociclette acquisisce dati affidabili e chiude il ciclo con la simulazione

Nobiltà in pista

Fondata nel 1926 come produttore di componenti radio, Ducati Motor Holding Spa (Ducati Corse) è passata al mondo delle due ruote nel 1946, un anno dopo la fine del secondo conflitto mondiale. Oggi l’azienda fa parte del gruppo automobilistico Volkswagen e vende oltre 55.000 moto in tutto il mondo. Chiunque può rivivere la storia di questa icona delle due ruote visitando l’affascinante museo allestito nella sede di Borgo Panigale, alle porte di Bologna. Ed è qui che si trova anche Ducati Corse, strutturata in due gruppi di lavoro che si occupano rispettivamente di competizioni destinate alle moto prototipi (MotoGP) e moto derivate dalla produzione di serie (Superbike), al servizio di piloti tra i più forti al mondo. I team di sviluppo veicolo sono impegnati a portare in pista i nuovi aggiorna-menti e testarli prima di avallare il loro utilizzo sulle moto da gara.

Comportamento sotto la lente

Rispetto alle moto da strada, i mezzi da gara sono soggetti a sollecitazioni estreme. Con velocità elevate, curve strette e bruschi cambi di direzione, ogni movimento mette a dura prova i componenti della moto.

Per vincere una gara è fondamentale prevedere il comportamento della moto con una precisione del 100 percento. Vibrazioni e risonanze eccessive portereb-bero a perdite di prestazione o, peggio ancora, a cedimenti di componenti.

I reparti corse studiano il comportamento in frequenza dei componenti per garantire l’affidabilità dei mezzi in gara. “Per capire come si comporta in frequenza un compo-nente,” spiega Davide Fonte, ingegnere indoor testing di Ducati Corse, “si utilizza la modellazione a elementi finiti (FEM) del telaio, del forcellone e di tutti i compo-nenti strutturali della moto. I dati ricavati dall’analisi a elementi finiti hanno però bisogno di una validazione sperimentale per garantire che la moto si comporterà come atteso in pista.”

La necessità di avere un riscontro delle previsioni del FEM relativamente al comportamento in frequenza di un componente ha portato Ducati Corse a introdurre dal 2016 l’analisi modale sperimentale.

“Avevamo ben chiara la necessità di una soluzione per validare i risultati del FEM,” racconta Marco Liberati, responsabile per l’analisi del veicolo e l’analisi dei dati. “Avevamo già effettuato prima del 2014 alcuni progetti pilota, ottenendo pochi risultati concreti ma cogliendo l’opportu-nità di approcciare una tecnologia e un prodotto idonei al nostro scopo.”

Nei progetti pilota il team ha provato diverse alternative per confrontare l’analisi speri-mentale con i risultati dell’analisi a elementi finiti. Queste soluzioni richiedevano in gran parte tempi lunghi e calcoli complessi.

“Considerate le tempistiche non compati-bili con le esigenze di una squadra corse,” osserva Liberati, “quell’esperienza ha portato alla nostra attenzione un prodotto con caratteristiche e funzionalità conformi alle nostre esigenze, la soluzione di analisi modale e correlazione Simcenter.”

Simcenter di Siemens PLM Software aiuta le aziende a gestire la complessità dei prodotti integrando nel ciclo di sviluppo soluzioni avanzate di simulazione mecca-tronica e test.

La chiave del virtuale

Per acquisire il dato sperimentale, il team di Ducati Corse ha adottato l’apparecchia-tura hardware Simcenter SCADAS™. Per le prove su pista è stata scelta la versione portatile Simcenter SCADAS XS. Compatta quando basta per essere montata nella parte posteriore della moto e sufficiente-mente robusta per resistere alle condizioni della pista, la XZ registra tutti i dati neces-sari per l’analisi.

“Simcenter SCADAS XS è a disposizione della nostra squadra corse per effettuare misurazioni accelerometriche precise direttamente a bordo della moto in pista,” dice Liberati. “L’hardware di Siemens PLM Software offre flessibilità e prestazioni ottimali per i nostri test in pista, agevo-lando la diagnostica e risoluzione dei problemi in mobilità anche per gli utenti meno esperti. SCADAS XS offre anche la possibilità di interfacciarsi con un tablet collegato in Wi-Fi per modificare rapida-mente ai parametri di acquisizione.”

Oltre alle misure in pista, il team effettua anche test in laboratorio, dove Ducati Corse ha adottato l’apparecchiatura hardware compatta e versatile Simcenter SCADAS Mobile per l’acquisizione dei dati. Per effettuare la misura, il componente viene fatto vibrare con un martello o shaker. Per il team è fondamentale imple-mentare una procedura di collaudo veloce e semplice che offra risultati precisi. In particolare, è importante sapere esatta-mente dove eccitare il componente: a questo scopo Ducati si affida al software LMS Virtual.Lab, parte integrante dell’of-ferta Simcenter, nella fase di pre-test.

“La funzionalità di pre-test di LMS Virtual.Lac ci consente di individuare facilmente i punti di eccitazione ottimali partendo dai dati del modello FE,” spiega Fonte.

I dati acquisiti da Simcenter SCADAS vengono importati nel software Simcenter Testlab per la fase di analisi modale speri-mentale. “Apprezziamo molto il flusso di lavoro di Simcenter Testlab,” osserva Fonte. “Il flusso di lavoro ben strutturato velocizza l’analisi dei dati. Si possono così estrarre grandi quantità di informazioni utili in tempi molto rapidi: un vantaggio fondamentale per un reparto corse!”

I dati sperimentali vengono poi utilizzati per validare e aggiornare il modello FEM. Spiega Davide Fonte: “In fase di software selection avevamo valutato soluzioni alternative in grado di acquisire i segnali e svolgere l’analisi del dato sperimentale. Mancava però la parte virtuale che consen-tisse di interagire con il FEM per convalidare il modello a elementi finiti. Siemens ha offerto anche questa parte con il software LMS Virtual.Lab.”

Con LMS Virtual.Lab, i progettisti di Ducati Corse possono costruire accurati modelli di simulazione, simulare il comportamento del sistema meccanico, valutare rapidamente eventuali alternative di progettazione, ottimizzare i progetti prima della costruzione dei prototipi, rilevare con precisione i punti deboli del progetto e analizzare in modo efficiente diverse alternative di progettazione.

“Grazie alla soluzione di analisi modale e correlazione Simcenter, abbiamo consta-tato l’efficacia e la validità dei nostri modelli FE, senza alcuna esigenza di aggiorna-mento,” sottolinea Liberati. “Anche qualora riscontrassimo criticità, i nostri calcolisti potrebbero facilmente modificare i parame-tri del FEM grazie ai tool di ottimizzazione presenti in LMS Virtual.Lab.”

Gli ingegneri di Ducati Corse apprezzano la facilità di utilizzo assoluta e la curva di apprendimento molto rapida della suite Simcenter.

“Per la maggior parte delle informazioni di base, il software è plug-and-play,” conferma Davide Fonte. “L’operatività nelle applicazioni standard è semplice e intuitiva anche per chi non ha partecipato a corsi di formazione.”

Scelta lungimirante

Escludendo strumenti di calcolo sviluppati internamente, i progettisti di Ducati Corse hanno puntato sulla soluzione che offriva le prospettive migliori. Dopo una fase di valuta-zione dei prodotti hardware e software forniti in visione da Siemens per alcuni mesi, la scelta tecnica è caduta sula suite Simcenter. Inoltre l’azienda ha sottoscritto un contratto di sponsorizzazione sportiva.

“Abbiamo riconosciuto il potenziale della soluzione Simcenter in un’ottica di lungo periodo,” conferma Liberati. “Parlando con altri progettisti e analisti esperti nel settore automotive, abbiamo constatato che Simcenter rappresenta lo stato dell’arte per l’analisi modale sperimentale. La qualità del dato è eccellente e si possono estrarre molto velocemente informazioni utili. Ad esempio, con Simcenter SCADAS XS, i dati vengono acquisiti a 24 bit, una risoluzione superiore rispetto ai dispositivi utilizzati in precedenza. Di conseguenza, il rapporto segnale-rumore e la gamma dinamica sono migliori, consenten-doci di misurare segnali più deboli con lo stesso sensore. Quando analizziamo feno-meni specifici di vibrazioni, questa soluzione ci fornisce una maggiore quantità di informa-zioni per ogni sessione di collaudo.”

Tutti i dati che arrivano al FEM e poi a Simcenter Testlab per l’analisi modale speri-mentale vengono generati con il software di progettazione Siemens NX™, impiegato da tempo in Ducati Corse per la modellazione dei veicoli in 3D, incluse le superfici aerodi-namiche, la messa in tavola e l’esportazione di dati in formati Siemens o unificati Step/Iges per la condivisione con altri enti azien-dali o fornitori esterni. Il reparto corse può così fare affidamento su un processo piena-mente integrato e bidirezionale, dall’ufficio progettazione alle prove su pista, che garan-tisce feedback preziosissimi per l’ottimizzazione delle moto e il successo in uno sport estremamente competitivo.

“Le soluzioni Simcenter contribuiscono a generare una fotografia precisa del comportamento dinamico della moto e forniscono analisi predittive accurate,” conclude Liberati. “Oltre ad aumentare l’affidabilità e migliorare la previsione della durata e della resistenza dei componenti, la soluzione fornita da Siemens promette sviluppi interessanti per le prestazioni delle nostre motociclette. Abbiamo certamente ottenuto i benefici attesi da questa solu-zione, come dimostrano gli ottimi risultati dei nostri piloti nella stagione della MotoGP 2017.”