[Moto3] KTM: cadre alu ou cadre en tubes?

Alors, qui peut nous citer les avantages des cadres en tube (KTM) et en alu usiné (Kalex)?
Avec le plus de paramètres possibles (coût, rapidité, ajustage de la rigidité, etc).
C'est l'occasion ou jamais!

Caractéristiques mécanique de base :

Acier 25CD4 (Chrome Molybdène), le plus souvent utilisé pour les châssis auto et moto.
Re (Résistance élastique, avant déformation permanente) ~450 MPa
E (module d’élasticité) = 210 000 MPa
Ro (masse volumique) = 7800 Kg/m^3

Alliage d’aluminium EN AW 5083, souvent utilisé dans les construction soudé en alu, car bonne aptitude à la mise en forme et bonne soudabilité ne nécessitant pas de traitement pré ou post soudage.
Re ~200 MPa
E = 70 000 MPa
Ro = 2600 Kg/m^3

Une moto est dimensionnée en rigidité/déformation et non en Re (la RE c'est pour les contacts avec les barrières de sécurité) . On s’aperçoit de façon simpliste que dans les deux cas E/Ro = 2.69

Voici les premiers éléments pour comparer les deux matériaux, on a donc a iso masse une rigidité équivalente.

Voici quelques données " métier":

Soudabilité :

Les aciers se soudent facilement et posent (dans ce cas) peu de problèmes dans la position des soudures, dans les problèmes de fatigue dus aux différences de Re métal de base/métal d'apport, aux pénétrations des soudures et au contraintes résiduels, on peut facilement faire des soudures de type liaison entre deux tubes (gueule de loup, soudure d'angle).

Pour les alu c'est plus délicat, on préférera donc faire des soudures de type (bord/bord) dans des zones peu chargées avec, si possible, des talons pour maîtriser la pénétration (fonderie/profilé).
c'est, je pense ce qui peut expliquer la rareté des châssis tubulaire en alu.

Philosophie du treillis tubulaire :

Concevoir un treillis c'est refuser la flexion, en effet la regle de base du treillis c'est que toutes les barres de celui-ci sont des "poutres" qui ne travaillent qu'en Traction-Compression.
On imagine facilement de quelle maniere on peut faire evoluer celui-ci. Il suffit de changer la section des tubes pour changer la rigidité.


Philosophie du Cadre Périmétrique :

Dans ce cas, on travaille en flexion du chassis, dans les trois dimensions et dans tout les cas de vie.
on fait donc intervenir l'inertie I. Pour faire évoluer la rigidité, il faut, soit faire évoluer l'épaisseur de la poutre, soit sa dimension par rapport à l'axe de flexion.


Fabrication (petite série/ proto):

Pour le treillis c'est simple, peu de pieces usiné, une cintreuse (numerique), un peu de préparation et un marbre de soudage complexe. Reprise en usinage des portés de roulements de colonne de direction, voir perçage des troues des fixation moteur, bras oscillant.

Pour le chassis alu :

serie : Pièces de fonderie + Profilés + Pièces emboutis

tres simple, peu d'usinage, soudage sur un marbre, repise apres soudage à prevoir.

Proto totalement usiné :

le gros du travaille c'est l'usinage, le soudage sur marbre ne pose aucun probleme d'ajustement (qualité de fabrication des pieces usinées). selon la position des soudures, reprise des portées de roulements.

qu'en pensez-vous?

Team MLR a écrit:

Les aciers se soudent facilement et posent (dans ce cas) peu de problèmes dans la position des soudures, dans les problèmes de fatigue dus aux différences de Re métal de base/métal d'apport, aux pénétrations des soudures et au contraintes résiduels, on peut facilement faire des soudures de type liaison entre deux tubes (gueule de loup, soudure d'angle).

Pour les alu c'est plus délicat, on préférera donc faire des soudures de type (bord/bord) dans des zones peu chargées avec, si possible, des talons pour maîtriser la pénétration (fonderie/profilé).
c'est, je pense ce qui peut expliquer la rareté des châssis tubulaire en alu.

C'est peut-être moins simple.

D'abord, pour faire un cadre au même poids, il faut que les tubes soit plus fins aux murs en acier qu'en alu. Quand on descend vers des épaisseurs de 1mm, des petites variations de pénétrations deviennent sérieuses. C'est le gros souci des cadres acier ou titane pour vélo : on arrive à avoir des tubes mince comme du papier, qui se déchire...
En revanche en alu, on serait à 3mm, beaucoup plus raisonnable.

Par contre, le gros souci de soudage en alu, c'est la perte de résistance. Si tu soude une tige de 6060 prise à Casto, elle aura après une résistance proche à celle d'alu pur... 100GPa. Avec 6082 on commence à environ 280, mais on en perdre 40% au soudage, à moins de faire un traitement thermique assez compliqué après.

Avec 5083, on n'en perd que 20%, mais on commence à 200.
C'est assez difficile à former en tubes, une bonne raison pour laquelle on ne trouve pas des cadres treillis en 5083 !
D'ailleurs, s'il faut le former, il va falloir faire une traitement "annealing", qui fait que le matériel devienne moins résistant. Puis,
après formage il reprend de la résistance... mais uniquement là où il a été travaillé. Il y a pas de traitement thermique à augmenter
la résistance du 5083.

Si tu veux faire un treillis en alu (comme fait Pierobon), il vaut mieux commencer avec du 7020. Il a une résistance de 320GPa en T6, mais
le gros avantage, c'est qu'après le traitement pour le former, et après le soudage, il suffit d'attendre. Un mois après, il aurait retrouvé entre
80 et 90% de sa résistance. Effectivement il revient tout seule au niveau T4, ce qui se comporte mieux par rapport au fatigue que le T6.
Il est d'ailleurs disponible en tube.

Donc si on fabrique en tôle pressé, on a la possibilité de faire des sections adaptées aux sollicitations locales. En acier, pas possible sans avoir des parois en épaisseur de papier. En 5083 ça marche très bien car le matériel prend de la résistance dans le processus de formation, et il n'en reperd pas trop pendant soudage.

Si on fabrique en tube, on peut faire soit en acier, soit en alu 7020. Pour un cadre d'un Ducati, ça fait 9,6kg avec des épaisseurs raisonnable en acier.
Si on veut faire à 5kg pour une M3, ça risque d'être plus compliqué. Mais je crois que Dave Pierce fabrique ses cadres mini-mono à 5,5kg...
Pierobon propose un cadre treillis pour 1198 en 7020 à 6,4kg. Les VTT démontrent qu'il est bien possible de fabriquer des cadres en tubes alu à parois assez fins (là il s'agit de 7005 ou 7003, des alliages très proches de 7020).

Finalement, la différence n'est peut-être pas si important...

Marc
This is a very interesting subject which requires it's own heading.

I have made about 150 chassis the first 75 in ALU 6082.
A customer then said I am going to buy one of the new Harris tubular
chassis, I told him I can make you one. So no technical reason just
circumstance. This was 1995. I remember the first Tigcraft tubular chassis pictured
in Classic Racer Magazine .I called it with pride my "Mcintyre Replica".

The only Moto3 chassis I have built is in Reynolds 631 28.6x 1.2mm and indeed
weighed 5.5 Kg. This is in my opinion the best chassis I have made so far. Alas
this project is unlikely to be seen at a high level in the near future.

For the future I think 5083 is the way to go. Easy to form ,low strength loss post
welding. Best of all it enables an engineer with limited facilities to produce a top class
product.

Sorry if this contains little technical info. I am just a simple chassis builder.

For the really technical stuff ask the great Spalding .

Très intéressants éclairages.
Factuels, simples, compréhensibles

Team MLR a écrit:

Concevoir un treillis c'est refuser la flexion, en effet la regle de base du treillis c'est que toutes les barres de celui-ci sont des "poutres" qui ne travaillent qu'en Traction-Compression.

Ce serait bien de remarquer que dans le pratique actuel, les treillis ne le sont que dans le sens vertical. Un cadre 1098 est effectivement périmétrique, avec des poutres faits en treillis.
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Pour la flexion latérale, c'est les tubes qui doivent résister sans triangulation. Si tu remontes à l'ère de la 851, il y avait une triangulation latérale importante, donc là on refusait la flexion.

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Dans la 1098/1198, il y a moins de triangulation latérale qu'on trouve derrière la douille de direction sur la plupart des cadres alus
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Assez étonnant de voir plus de renforcement sur le cadre d'une 125 à 72kg, que sur une SBK à 165kg !

Tres intéressant
Ça me conforte sur l'idee des cadres acier.
il y a un autre point sur les cadres alu : il y a souvent beaucoup de pieces taillees "volumineuse" dans la masse. (a voir la partie avant des moto2 suter ou autes..)
je pense que ce genre de pieces a beaucoup de matiere en trop.
on a beau avoir une fraiseuse numerique au top , il y a toujours beaucoup de matiere impossible a extraire et donc de poids..
Avec des pieces plus simple en mecanosoudure , je suis persuadé qu'on est plus leger .

un treilli bien calculé avec un grosse boite a air/ conduit d'admission en carbone me parait simple et leger.

pour le poids d'un cadre SBK , je suis sur qu'on peut descendre facilement a 7 kg
mon cadre fait moins de 9 kg avec un colonne de direction de 2.3kgs. et des tubes en 32-1.85mm

Quand je dis : "Concevoir un treillis c'est refuser la flexion"
Ça ne veut pas dire qu'il n'y a pas de déformation mais que toutes les déformations sont dues à la compression ou l’allongement de barres du châssis.

C'est vrai que les Ducati et la plus part des cadres treillis moto sont conçus comme des périmétrique dont les poutres latéral sont des treillis plan.

Pour les déformations du châssis (torsion et flexion latérale), j'ai une question :
la déformation élastique du châssis joue le rôle du ressort mais qui joue le rôle de l’amortisseur?
En effet la fourche, la suspension arrière et le pneu fonctionnent avec trois composantes :
- débattement
- ressort
- amortissement

hypothèses :

Plastification successive de l'acier?
Frottement dans les liaison mécanique et assemblage?


en tout cas marc tu as un sujet très intéressant.


PS : la KTM sur la photo est une 250 je crois

Il me semble que l'argument qui a prévalu lors de la généralisation de l'alu pour la construction des parties cycle était: A masse égale, rigidité supérieure.

la colonne de la FTR n'est finalement pas un bon exemple de piece massive usinée , car elle est surement réalisée en mecano soudure a partir de 5 ou 6 éléments différents .

l'analyse sur les efforts de Maneton est surement bonne , mais la question alu-acier n’est pas la , car on peut avoir exactement le meme resultat avec les 2 techniques

la différence alu-acier peut se retrouver aussi sur "l'emcombrement general"
Sur un chassis tube acier , on peut placer des composants électronique entre chaque renfort. l'aspect general est moins "massif"
le cadre acier dissipe moins la chaleur du moteur (inconvenient ou avantage ?) mais en meme temps il accentue la "ventilation" autour du moteur..
avec plus de circulation d'air autour..
(je pense pas etre tres clair dans mon charabia!!)



Voila un autre exemple intéressant : la promoharris
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Cote flexion laterale, les fixations du moteur sont boulonneé, ce qui doit être tres souple (a mon avis)
par contre la zone au dessus , est usinée avec des facettes , ce qui doit etre plutot rigide .

A mon humble avis, l'un des avantages du cadre tubulaire acier assemblé avec des platines latérales c'est de pouvoir intervenir facilement sur les cotes de cadre avec une grande rapidité car trés simple a réaliser...(angle de chasse,longueur du chassis....)

Flexion, torsion ... Pas clair pour moi, même si je n'ai pas lu tous les sujets abordant la question.

Flexion : Je comprends ça vu de dessus, le cadre admet une déformation (prudent avec les termes) similaire à celle d'une règle en métal que l'on déforme dans le sens habituel, c'est à dire en prenant à la main chacune de ses extrémités et en l'amenant à prendre la forme d'un arc de cercle en regardant la tranche. Le verbe anglais qui image bien cette déformation est "to bend".

Torsion : Je regarde cette fois la moto vue de l'AR, et la déformation est similaire à celle de ces tresses de réglisse qu'on mangeait quand on était mômes. Le verbe anglais qui image bien cette déformation est "to twist".

Je traduis parce que si c'est l'inverse, il n'est pas impossible que les français parlent de l'un pendant que les anglais parlent de l'autre ...

Dans le cas de la flexion, supposons un virage à gauche, moto plein angle. Sous l'effet des contraintes, force centrifuge, irrégularités de la route, zozo dessus qui se balade en se prenant pour Stoner, il y en a certainement d'autres, j'imagine le cadre faire un arc de cercle ... vers l'intérieur du virage. Plus ou moins grande la déformation, plus ou moins rapidement, avec plus ou moins de rebond en fonction de l'élasticité du matériau, et surtout sans que rien ne vienne amortir (amortisseur ?) l'amplitude et la rapidité de ces mouvements. Mais si tel est le cas et que du fond de ma petite tête embrouillée, le cadre se déforme de cette manière, alors il se produit un braquage induit de la roue AR ... vers la gauche, non ? Ce qui a en toute logique pour effet de redresser la moto, mais peut-être me trompé-je ...

Le cas de la torsion maintenant : Vu de l'AR, toujours dans mon virage à gauche plein angle, la roue AR tend à prendre d'avantage d'angle que sa copine à l'AV. En apparence, cela va décaler sa trajectoire de contact avec le sol vers l'extérieur du virage. Plutôt bon, ça, puisqu'à cause de la différence de largeur des pneus ces trajectoires ne sont plus alignées en virage et que la roue AR tourne "à l'intérieur" de la roue AV. Mais il y a toujours la même incertitude, le même flou quand aux rebonds de cette déformation, oscillations non amorties liées aux différences de structure et de matériaux.

Toujours est-il que toutes ces réalisations sont faites pour autoriser des déformations dans une partie-cycle, sinon ça ne veut plus en jouer (Ducati).

Mais quelqu'un sait-il dans quel sens ? Qu'est-ce qu'on veut ? Qu'est-ce qu'il faut ?

c3jls a écrit:

le cadre admet une déformation (prudent avec les termes) similaire à celle d'une règle en métal que l'on déforme dans le sens habituel, c'est à dire en prenant à la main chacune de ses extrémités et en l'amenant à prendre la forme d'un arc de cercle en regardant la tranche. Le verbe anglais qui image bien cette déformation est "to bend".

C'est bien ça que je veux dire quand je dis "to flex" en anglais. Dans les présentation presse de Yamaha, ils parlent de flexion verticale (les deux roues se cantinent pendant que le moteur se lève), flexion latérale (comme ton règle) et de torsion, ce que je prends comme toi. En règle générale il semble que la flexion verticale et la torsion ne soient pas trop désirable, alors que la flexion latérale, si. D'ailleurs, ça se voit dans le facture : les poutres n'ont pas l'air de facilement fléchir verticalement, ce qui empêche en même temps la torsion et la flexion verticale. D'ailleurs, les tiges qui descendent joindre l'avant du moteur agissent encore à réduire la flexion verticale... qui laisserait la roue avant s'approcher au moteur sous freinage, peu désirable (je ne suis pas convaincu de cette théorie des cadres qui "poumonnent", car de toute façon cela n'aiderait pas la roue à surmonter des bosses sous freinage... ce n'est pas dans le sens nécessaire).

Mais même en flexion latérale, il faut pas exagérer. D'abord, il y a effectivement très peu de force centrifuge sur une moto... car elle penche ! Cette force arrive uniquement à cause du déplacement latérale des points de contact des pneus... 60mm à l'avant, <100mm à l'arrière... et le pilote qui "se ballade" :)
Donc j'ai estimé la flexion sous l'action d'un gros bosse, sur un cadre type Ducati, à moins de 0,5mm au moteur. C'est pour cela qu'on peut se passer d'avoir un amortisseur, le déplacement est très peu. D'ailleurs la fréquence semble être très haute, vers 300Hz... donc même si la vibration continue pendant 20 cycles... ce sera peu dans le temps. C'est peut-être là que la différence entre acier et aluminium risque d'être la plus importante : l'acier ne perd pas autant d’énergie en oscillant à cause de sa courbe force/élongation ("stress/strain") très linière, donc les vibrations vont s'amortir plus rapidement dans un cadre alu.

Les tubes KTM sont d'une diamètre moins important, mais le moteur doit peser bien moins...

Je reste persuadé que la fonction de flexion latérale est de permettre les vibrations informatives d'arriver jusqu'au guidon... alors qu'ils se perdraient dans la fourche si le cadre attachait la douille de direction très solidement au moteur lourde.

je suis entièrement d'accord avec graham
un autre exemple de cade acier la DB7, tube ovale , rigiditite differente dans le sens X ou Y
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la longueur du treillis et la position des points de fixation va aussi jouee un grand role.
le cadre de 1098 qui se reprend a cote du pignon de sortie de boite et le cadre treillis de la desmo16 , tres court et tres rigide ; ne doivent pas avoir les memes caracteristiques.

Je viens d'apprendre que Ducati a fabriqué 53 Monster avec des tubes ovales en 1997 !

Il y a aussi Over Racing au Japon, qui ont fabriqué une série de cadres pour moteurs divers (Ducati, TRX850)
au même ère... en tubes alu ovale. Si tu en cherche en nuance 7020, il est disponible à [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]
Mais uniquement en 25x12mm...

Bon, tout cela est intéressant (sans ironie) mais ne répond guère à mon interrogation: pourquoi KTM ne s'est pas contenter de sous-traiter le cadre à FTR et de se concentrer sur le moteur, au lieu de s'ocasionner uen charge de travail supplémentaire en développant son propre châssis?

Cela ne semble guère logique et, donc, que peut espérer KTM en se lançant dans cette démarche?

C'est pour mieux vendre des motos? Le cadre treillis devenant la marque de fabrique de Katé... Encore un choix technique dicté par le marketing?

Conserver la maîtrise de son image et de sa com, voir aprilia en M1?
Dans le genre on n'est jamais mieux servi que par soi-même, si un sous-traitant venait à gréver les performances de notre super moteur, quelles conséquences....

Peut-être que KTM sait ce qu'il veut obtenir du châssis lorsque la moto est plein angle et que successivement la roue AV puis la roue AR passent sur une bosse que les supensions sont incapable d'absorber.

En raisonnant par l'absurde, si une moto à 90° d'angle, les suspensions AV comme AR sont inopérantes, right ?

Donc une partie-cycle absolument indéformable (Ducati ?) va tout envoyer en l'air, toujours right ?

D'où ma question qui tendait à raisonner à partir des objectifs à atteindre plutôt que de lister des moyens pour arriver à ... mais pour arriver où ?

A absorber cette putain de bosse bien-sûr mais par quel type de mouvement au niveau des roues ?

Flexion = braquage des roues, AV ? AR ?

Torsion = décalage des lignes de contact au sol ?

C'est vrai que j'avais oublié la flexion verticale, bien vu Graham ! Mais à part agir au freinage, je ne vois pas une utilité quelconque.

A moins qu'elle n'intervienne aussi sur l'angle, lorsque la roue AV rencontre la bosse, la roue "reculerait" ?

Les problèmes de dribble, chattering, élargissement de trajectoire, d'autres encore, se produisent à mesure qu'on prend de plus en plus d'angle et qu'on va de plus en plus vite (merci les pneus).

Donc pour revenir à KTM, soit il ont une idée bien précise de ce qu'ils recherchent, et ils ont estimé qu'on n'est jamais aussi bien servi que par soi même, soit il existe d'autres considéraitions industrielles ou commerciales que j'ignore à ce jour.

c3jls a écrit:

la moto est plein angle et que successivement la roue AV puis la roue AR passent sur une bosse que les supensions sont incapable d'absorber.

En raisonnant par l'absurde, si une moto à 90° d'angle, les suspensions AV comme AR sont inopérantes, right ?

Oui, mais comme on roule infiniment vite dans ces circonstances, il y a des autres soucis

J'ai des doutes assez sévère sur cette thèse des roues qui se déplace latéralement pour absorber des bosses.
1. La déplacement possible est très limité avec des cadres actuels, <0,5mm c'est tout à fait négligeable par rapport à la déflexion des pneus ;
2. Si les roues se déplacent d'une manière important, elles ne sont plus où elles doivent être pour que la moto soit en équilibre entre les forces gravitationnelle et centripétale... elle va donc tomber...

Content de lire ça !! L'idée d'un cadre devant se déformer de 2 ou 3 cm pour absorber une bosse plein angle me donnait des frissons.

Les pneus font une partie du boulot, mais le reste ?

Un cadre trop rigide (Ducati) n'absorbe pas ce que les autres cadres (donc peut-être celui de la KTM dont on parle présentement) absorbent.

On affine la question : Les déformation d'un cadre restent inférieures à quelques dicièmes de mm, mais qui apparemment changent tout entre celui de Rossi cette année et celui de Stoner.

Mais dans quel sens et pour faire quoi ?

Chez KTM, je crois plutôt à l'hypothèse marketing, que ça ressemble un peu à une RC8 en miniature. Surtout du fait que KTM a déjà annoncé à ses concessionnaires une moto 350 mono-cylindre sportive de route...

c3jls a écrit:

On affine la question : Les déformation d'un cadre restent inférieures à quelques dicièmes de mm, mais qui apparemment changent tout entre celui de Rossi cette année et celui de Stoner.

A mon avis, c'est plus important à voir le cadre et les suspensions comme des filtres mécaniques de fréquence... mais ce n'est que ma spéculation. Il y en a d'autres qui pensent que le problème chez Ducat est la disposition des masses due au moteur long. Nous verrons ce qui sort fin janvier.

Possible. J'ai lu un truc là dessus :

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Moteur trop long, bras oscillant trop court, pas assez de poids sur l'AV, chauffe pas le pneu AV.

Marc a écrit:

......pourquoi KTM ne s'est pas contenter de sous-traiter le cadre à FTR et de se concentrer sur le moteur, .......

Cela ne semble guère logique et, donc, que peut espérer KTM en se lançant dans cette démarche?

Pour moi c'est très Logique

"KTM "est constructeur de moto (pas un vendeur de moteur genre Rotax) et "il" espère en vendre beaucoup ...

Il n'est pas une écurie qui vie de la course sponsorisé par des clopes ou des sodas énergisants

KTM possède l'outil industriel (BE et fabrication) et son but est , a mon sens , de montrer que sa technologie est compétitive


Sinon dans le même ordre d'idée , pourquoi Ducate ne sous-traite pas ses chassis en GP