Ducati Corse confía en Simcenter para optimizar el diseño de sus motocicletas de alta competición

Todo el que quiera conocer la historia de Ducati Motor Holding puede visitar su museo situado en la sede central de Borgo Panigale, cerca de Bolonia, Italia. El mismo edificio alberga el equipo de carreras de Ducati Corse, formado por dos equipos: el primero está a cargo de los prototipos y motos de carreras (MotoGP) para competiciones, mientras que el segundo gestiona las motocicletas derivadas de modelos de producción estándar (Superbike) que son conducidas por motoristas famosos a nivel internacional. El objetivo principal de los equipos de desarrollo de vehículos es el de proporcionar actualizaciones y mejoras para la pista de carreras y probarlas antes de implementarlas en las motos oficiales de carreras.

En comparación con los vehículos de carretera normales, las motos de carreras están sometidas a cargas extremas. Grandes velocidades, giros cerrados y rápidos cambios de dirección. Cada movimiento en una carrera causa un estrés extremo en los componentes del vehículo.

Para ganar una carrera es esencial predecir el comportamiento de la moto con una precisión del 100%. Una vibración excesiva y los efectos de esta resonancia podrían llevar a una pérdida de rendimiento, o peor, a la avería de un componente.

Los equipos de carreras estudian el rendimiento de estos componentes para garantizar su fiabilidad durante la competición. “Para entender el rendimiento de un componente respecto a la frecuencia de funcionamiento aplicamos un método de análisis de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés) al chasis, a la horquilla y a todos los componentes de carga de la moto”, asegura Davide Fonte, Indoor Testing Engineer de Ducati Corse. “Sin embargo, los resultados de este análisis necesitan una validación experimental para garantizar que la moto actuará tal y como se espera en la pista”.

En 2016, Ducati Corse introdujo un análisis modal experimental para validar su análisis de frecuencia de los componentes de las motos. “Estaba bastante claro que necesitábamos una solución para validar los resultados del FEM, ” afirma Marco Liberati, Vehicle and Data Analysis Manager de Ducati Corse. “Ya habíamos hecho algunas pruebas piloto antes de 2014. Conseguimos pocos resultados, pero con ellos nos dimos cuenta de que era necesario buscar una tecnología y un producto adecuados para conseguir nuestros objetivos”.

En los proyectos piloto, el equipo probó múltiples opciones para comparar los análisis experimentales con los resultados del FEM. Muchas de estas opciones requerían minuciosos cálculos que suponían una inversión muy elevada de tiempo. “Esos programas no cumplían con los requerimientos de un equipo de carreras”, afirma Liberati. “Pero gracias a esa experiencia identificamos la solución de análisis modal de Simcenter, cuyas funcionalidades sí encajaban con nuestras necesidades”.

Simcenter de Siemens PLM Software ayuda a las empresas a gestionar la complejidad de un producto, al integrar herramientas de simulación mecatrónica avanzada y soluciones de ensayo en el ciclo de vida del desarrollo del producto.

Para obtener datos de los ensayos experimentales, el equipo de Ducati Corse eligió confiar en el hardware Simcenter SCADAS. Para las pruebas en pista, escogió Simcenter SCADAS XS, smart y portátil. Suficientemente pequeño para caber en la parte trasera de una moto y resistente para aguantar las duras condiciones de la carrera, el XS registró minuciosamente todos los datos necesarios para el posterior análisis. “Nuestro equipo de carreras utiliza Simcenter SCADAS XS para medir de forma precisa los datos del acelerómetro directamente en la pista, ” dice Liberati. “El Simcenter SCADAS XS proporciona la flexibilidad y el rendimiento óptimos para nuestros ensayos en pista. Se conecta de forma inalámbrica con una aplicación para Tablets, permitiendo así ajustar rápidamente los parámetros de adquisición y realizar diagnósticos incluso para usuarios no expertos, ayudando a resolver posibles problemas in situ”.

Junto a las mediciones de campo en la pista de carreras, el equipo también realiza pruebas de laboratorio para obtener datos, en las que Ducati Corse ha adoptado el compacto y versátil hardware Simcenter SCADAS Mobile. En esas pruebas, se agita el componente a examinar con un martillo o un agitador. Se empieza con una rápida pero precisa localización de los mejores puntos de agitación. En concreto, Ducati confía en el software LMS Virtual.Lab, también parte del porfolio Simcenter, para los pre-tests. “La funcionalidad pre-test de LMS Virtual.Lab nos ayuda a optimizar fácilmente los puntos de agitación, basándonos en los datos del FEM”, afirma Fonte.

Los datos obtenidos por el Simcenter SCADAS son importados al software Simcenter Testlab para llevar a cabo el análisis modal experimental. “Valoramos muy positivamente el workflow del Simcenter Testlab”, dice Fonte. “Este workflow estructurado acelera el análisis de los datos y, así, podemos extraer enormes cantidades de información útil de manera muy rápida: ¡un beneficio clave para un equipo de carreras!”.

Posteriormente, los datos experimentales se usan para validar y actualizar el modelo FEM. Fonte explica: “Durante el proceso de selección, estuvimos valorando otras soluciones para llevar a cabo el análisis de datos experimental. Sin embargo, ninguna de esas soluciones ofrecía una herramienta de simulación para la validación del modelo de elementos finitos. Siemens ofrecía esta tecnología con LMS Virtual.Lab (software)”.

Gracias al LMS Virtual.Lab, los ingenieros de Ducati Corse pueden construir modelos de simulación precisos, simular el comportamiento del diseño mecánico, evaluar rápidamente múltiples alternativas de diseño, optimizar diseños antes de construir los prototipos, detectar de forma precisa los puntos más débiles y valorar diferentes alternativas de diseño de forma eficiente. “Con la solución de análisis modal y de correlación de Simcenter, hemos confirmado la validez de nuestros modelos FEM, que no requieren ningún ajuste”, dice Liberati. “Incluso si hubiéramos identificado problemas críticos, nuestros ingenieros habrían podido cambiar los parámetros fácilmente usando la funcionalidad de optimización de LMS Virtual.Lab”.

Además, los ingenieros de Ducati Corse valoran positivamente la facilidad de uso y la rápida curva de aprendizaje de la suite Simcenter.

Tras evaluar durante unos meses el hardware y el software ofrecidos por Siemens, Ducati Corse decidió adoptar la suite Simcenter. Además, ambas compañías decidieron firmar un acuerdo de patrocinio para el equipo de carreras. “Valoramos el potencial a largo plazo de la solución Simcenter”, asegura Liberati. “Hablando con otros diseñadores y analistas del sector automovilístico, vimos que Simcenter está a la vanguardia del análisis modal experimental. La calidad de los datos es excelente y se puede extraer información útil de forma muy rápida. Por ejemplo, con el Simcenter SCADAS XS, los datos se obtienen con 24 bits, mucho más que con el dispositivo que usábamos antes. Como resultado, la ratio señal-ruido y el rango dinámico son mayores; podemos medir niveles de señal más bajos desde el mismo sensor. Al analizar fenómenos de vibración específicos, obtenemos más información de una única prueba”.

Todos los datos que llegan al modelo FEM y después a Simcenter Testlab para el análisis modal experimental se crean con el software Siemens NX, que Ducati Corse ha estado usando durante mucho tiempo para modelar vehículos 3D, incluyendo superficies aerodinámicas, bocetos y exportación de datos a formatos Siemens o con estándar Step/Iges. Estos datos son compartidos con otras unidades de negocio o proveedores externos. Como resultado, el equipo de carreras disfruta de un proceso bidireccional, completamente integrado, desde el departamento de diseño hasta las pruebas en pista, proporcionando un feedback valioso para la optimización de las motos y, en definitiva, para el éxito en esta disciplina competitiva. “Las soluciones de ensayo de Simcenter contribuyen a generar una imagen completa del comportamiento dinámico de una motocicleta y proporcionan un análisis predictivo preciso”, dice Liberati. “Además de mejorar la fiabilidad y la predicción de la vida y de la durabilidad de los componentes, la solución proporcionada por Siemens promete interesantes desarrollos para mejorar el rendimiento de nuestras motos. Definitivamente, esta solución ha satisfecho nuestras expectativas, y prueba de ello son los excelentes resultados de nuestros motoristas en la temporada 2017 de MotoGP”.

El proyecto en síntesis

Producto: Simcenter

Retos del negocio:

• Obtener datos y calcular resultados de forma más rápida y eficiente.
• Validar los nuevos diseños y prototipos antes de usarlos en las carreras.
• Validar los modelos FEM del chasis, horquilla y otros componentes de carga de la moto.

Clave del éxito:

• Usar un enfoque combinado de ensayo y simulación para maximizar la fiabilidad del modelo.
• Confiar en un equipo de prueba consolidado para obtener datos reales durante la carrera.
• Tener completa confianza al usar modelos FEM validados.

Resultados:

• Permite obtener datos fiables y un análisis preciso.
• Extrae información procesable para la optimización del diseño.
• Workflow bidireccional completamente integrado, desde el diseño hasta las pruebas en pista.