Vins Motors optimiza las prestaciones de sus motocicletas monocasco de material compuesto con la ayuda de SmartCAE

Muchos aficionados al motociclismo añoran la época de los motores de dos tiempos, pequeñas joyas de la tecnología con una elevada relación potencia-peso, que los principales fabricantes sacrificaron en favor de los actuales motores de cuatro tiempos, cuyas emisiones resultan más fáciles de controlar.

Sin embargo, ahora existe una nueva propuesta: la serie Duecinquanta, desarrollada por Vins Motors, una joven empresa de Maranello dedicada al diseño y la fabricación de motocicletas deportivas ultraligeras.

A diferencia de otros fabricantes, Vins Motors se distingue por producir internamente, en sus propias instalaciones, todos los componentes clave del vehículo, incluidos los elementos de material compuesto y el motor.

La Duecinquanta de Vins Motors es una motocicleta innovadora, de diseño extremo, concebida para ofrecer una experiencia de conducción única. La visión de Vincenzo Mattia, fundador de la empresa e impulsor del proyecto Duecinquanta, se resume en las palabras de Colin Chapman, fundador del Team Lotus: “Simplify, then add lightness” (simplifica y después aligera).

Además de su motor de dos tiempos, una elección decididamente poco convencional, la Duecinquanta se distingue de otras motocicletas por una serie de soluciones técnicas especialmente interesantes.

El chasis de la Vins Duecinquanta es una estructura única en su género. Se trata de un monocasco portante de fibra de carbono, de sección hueca, que integra el conjunto delantero, el radiador, el depósito de combustible y el motor. Su interior está diseñado como un conducto de aire, por lo que, además de desempeñar una función estructural en el chasis, permite extraer y evacuar correctamente el aire caliente que atraviesa la motocicleta.

El esquema de suspensiones combina una suspensión delantera monolítica de doble triángulo superpuesto con una suspensión trasera de tipo push-rod paralelo y doble actuación, característica de los monoplazas de Fórmula 1. Ambas son regulables y están fabricadas en fibra de carbono.

«Hemos desarrollado nuestro producto para un nicho de mercado muy específico: el de los aficionados a las sensaciones de conducción que solo puede ofrecer un motor de dos tiempos», explica Mattia. «Pero para nosotros no era suficiente imitar lo que ya se había hecho; queríamos llevar al extremo el propio concepto de motocicleta. Por un lado, tenemos nuestro motor de dos tiempos alimentado por inyección electrónica. Esta solución nos permite ajustar con precisión la curva de potencia, obtener par motor incluso a bajas revoluciones y superar las limitaciones de los motores clásicos de dos tiempos atmosféricos. Por otro lado, utilizamos fibra de carbono para reducir el peso. Nuestro objetivo era conseguir un peso 50 kg inferior al de nuestro modelo de referencia, lo que, en una motocicleta de este tipo, supone aproximadamente un 30 % menos«.

Por tanto, no es casualidad que, durante el desarrollo de la Duecinquanta, Vins Motors haya registrado nada menos que siete patentes de soluciones innovadoras, aplicadas tanto al motor como a la parte ciclo.

«Empezamos definiendo los objetivos de prestaciones que debía cumplir nuestra motocicleta. Para ello, nos basamos tanto en mediciones en pista de antiguas MotoGP de 250 cc, para obtener referencias sobre el comportamiento de los motores de dos tiempos, como en datos de las actuales Moto3. Esto nos permitió identificar unos objetivos híbridos que combinaran lo mejor de ambos mundos», explica Mattia. «Estos datos nos permitieron construir un modelo analítico con el que pudimos determinar las cargas de servicio en las distintas condiciones de conducción».

«Paralelamente, tomamos como referencia una motocicleta comercial de 250 cc reconocida por los expertos por ofrecer una experiencia de conducción muy agradable. La desmontamos y medimos experimentalmente los valores de rigidez en los principales nodos estructurales. Este proceso de ingeniería inversa nos sirvió para establecer el objetivo de prestaciones estructurales: la rigidez de nuestra motocicleta debía ser la adecuada, ni demasiado alta ni demasiado baja».

El principio de «Simplificar» de Chapman se materializó en un prototipo funcional de la Duecinquanta que, gracias también al uso inteligente de los materiales compuestos, cuenta con aproximadamente un 40 % menos de componentes que una motocicleta equivalente. Aunque esta primera versión funcionaba perfectamente, se desarrolló principalmente con fines demostrativos para EICMA 2015 y todavía no cumplía los objetivos de prestaciones establecidos.

Ahora, siguiendo de nuevo la filosofía de Chapman, ¡es el momento de «Aligerar«!

La optimización de las prestaciones de los componentes de material compuesto es una tarea compleja que requiere conocimientos multidisciplinares para gestionar los aspectos de diseño, estructurales y de fabricación. El componente no solo debe ser ligero y ofrecer altas prestaciones, sino que también debe ser viable desde el punto de vista de la fabricación.

«Conozco a Simone Ragionieri y Francesco Palloni, de SmartCAE, desde 2012, cuando participé por primera vez en el curso sobre diseño de materiales compuestos laminados. De hecho, recomiendo este curso a cualquiera que quiera profundizar en el análisis estructural de materiales compuestos. Me impresionó el dominio de la materia que demostraba Simone al abordar los distintos temas del curso, desde los ensayos de materiales hasta el análisis FEM y el drapeado de las láminas. Entonces comprendí que SmartCAE podía ser el socio adecuado para nuestro proyecto, porque tenía una visión global del problema«, cuenta Mattia. «Los resultados obtenidos trabajando con ellos confirmaron plenamente mi impresión inicial«.

A partir del análisis FEM preliminar del prototipo, se identificaron las mejoras necesarias para rediseñar el laminado del monocasco, la horquilla delantera y el basculante trasero, con el objetivo de reducir el peso y optimizar la configuración del laminado.

«La primera versión del monocasco pesaba 16,1 kg, de los cuales nada menos que 11 kg correspondían únicamente al nodo delantero. Ahora, el monocasco pesa solo 9,5 kg, un 41 % menos que el prototipo».

A lo largo del proyecto, no solo se revisaron los laminados, sino también las geometrías. El nodo delantero metálico se rediseñó para reducir su peso y, al mismo tiempo, aumentar su resistencia, verificada mediante análisis por elementos finitos.

«El apoyo de SmartCAE fue fundamental para identificar nuevas soluciones constructivas que finalmente demostraron ser el mejor compromiso en términos de relación entre beneficios y coste».

«Con los análisis FEM nos dimos cuenta de que ciertas prestaciones mecánicas del basculante trasero solo se alcanzarían aumentando considerablemente los espesores y, por tanto, el peso. Por este motivo, también siguiendo el consejo de SmartCAE, decidimos modificar su geometría aumentando la sección resistente. Esta decisión nos permitió alcanzar nuestro objetivo con mayor facilidad», cuenta Mattia.

A partir del prototipo inicial, se desarrollaron dos versiones mejoradas de la motocicleta, denominadas internamente Mk1 y Mk2. El resultado de este proceso evolutivo se tradujo en las siguientes prestaciones mecánicas:

• Reducción del peso total de los componentes = 41 %
• Incremento de la rigidez torsional del monocasco = 47 %
• Incremento de la rigidez a flexión del basculante trasero = 10 %

Aunque la Duecinquanta es una motocicleta de altas prestaciones diseñada para un nicho de mercado muy específico, Vins Motors también debe tener en cuenta los costes de fabricación e industrialización del producto, que repercuten en el precio final y en la rentabilidad de la empresa.

«Para fabricar cada monocasco terminado, hemos pasado de las 8 jornadas necesarias para la versión prototípica a las 4 jornadas de la versión de producción, con un ahorro neto del 50 %«.

En particular, Vincenzo Mattia cuenta esta anécdota sobre el monocasco: «Inicialmente, nuestro prototipo tenía un monocasco compuesto por dos semicarcasas de fibra de carbono que, tras el tratamiento en autoclave, se pegaban entre sí. Esto implicaba largos tiempos de fabricación y la necesidad de utilizar unos 600 g de adhesivo para unir las piezas, con las consiguientes dificultades de ensamblaje y curado en autoclave. Gracias a los consejos y las herramientas utilizados por SmartCAE, conseguimos rediseñar el monocasco como una pieza monolítica, simplificando el laminado y eliminando el adhesivo. Para fabricar cada monocasco terminado, hemos pasado de las 8 jornadas necesarias para la versión prototípica a las 4 jornadas de la versión de producción, con un ahorro neto del 50 % en el tiempo de fabricación«.

«Gracias a SmartCAE, hemos conseguido reducir en un 40 % el coste de la materia prima sin sacrificar las prestaciones».

La elección del material también desempeña un papel importante en la economía del proyecto. «Cuando hablamos de fibra de carbono, existe una gran variedad de materiales fabricados por distintos productores, con características mecánicas y costes muy variables. Durante el proyecto, conseguimos seleccionar una clase de material que nos garantizara al mismo tiempo unas prestaciones adecuadas, una fácil disponibilidad y un coste que no encareciera demasiado la motocicleta. Gracias a SmartCAE, hemos conseguido reducir en un 40 % el coste de la materia prima sin sacrificar las prestaciones«.

Otro aspecto fundamental de la experiencia con SmartCAE fue su capacidad para ayudarnos a definir una secuencia de laminado fácilmente reproducible.

«La mayoría de las personas piensa que los productos de material compuesto son demasiado artesanales para la producción en serie, y en parte tienen razón. El factor humano asociado al proceso de laminado está indudablemente presente, pero SmartCAE nos sugirió una serie de medidas para fabricar componentes con un alto grado de reproducibilidad. Realizamos ensayos en banco de todos los componentes estructurales que salen del autoclave y siempre obtenemos una excelente correlación en la rigidez de cada pieza«.

Vincenzo Mattia no tiene dudas cuando se le pide que señale las principales ventajas de la colaboración con SmartCAE.

«El primer factor fundamental son las personas. Por mi carácter, soy muy crítico y exigente, tanto conmigo mismo como con los demás, pero al mismo tiempo siento un gran entusiasmo por mi trabajo. En SmartCAE he encontrado personas con el mismo nivel de determinación y entusiasmo por lo que hacen. Me ha gustado mucho intercambiar ideas con Simone y con los demás miembros del equipo«.

“Otro aspecto que me ha gustado ha sido la flexibilidad mental a la hora de gestionar el proyecto. En un proyecto complejo como el de la Duecinquanta, no se puede trabajar de forma aislada: el intercambio continuo de información es determinante. A lo largo del trabajo, algunos objetivos se redefinieron a medida que se disponía de los resultados de las simulaciones. De este modo, conseguimos comprender en profundidad el comportamiento estructural de los componentes y tomar las decisiones adecuadas durante el proceso. El apoyo de SmartCAE fue fundamental para identificar nuevas soluciones constructivas que finalmente demostraron ser el mejor compromiso en términos de relación entre beneficios y coste«.

«El personal de SmartCAE conoce en profundidad los aspectos relacionados con el diseño, el análisis estructural y la fabricación de componentes de fibra de carbono«.

«El tercer factor es, sin duda, la competencia técnica. El personal de SmartCAE conoce en profundidad los aspectos relacionados con el diseño, el análisis estructural y la fabricación de componentes de fibra de carbono. Para nosotros fue fundamental decidir confiar en ellos, compartiendo claramente los objetivos de nuestro proyecto y escuchando sus consejos. Y no me refiero únicamente a las prestaciones mecánicas del producto, sino también a los aspectos relacionados con su fabricación industrial. Los resultados técnicos y económicos que hemos conseguido gracias a su apoyo hablan por sí solos«.

Con el apoyo experto de SmartCAE y la determinación de Vincenzo Mattia, Vins Motors ha logrado mejorar las prestaciones de sus motocicletas deportivas ultraligeras y maximizar los márgenes de beneficio.

A lo largo de los años, SmartCAE ha desarrollado una metodología fiable, basada en la simulación por ordenador, para estudiar esta clase de estructuras.

Actualmente, somos capaces de desarrollar íntegramente un proyecto de un componente de material compuesto, desde el estudio de viabilidad hasta la optimización de las prestaciones mecánicas, pasando por la coordinación de las fases de fabricación y la cualificación experimental del producto.

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