[Technique] Flexion du cadre pour encaisser des bosses ?

Frits Overmars a écrit:

The way to freedom of design: JBB

Yes, thank you Fritz.

Oui, mais je vais ignorer cette déviation pour le moment

Ok, j'ai ajouté mes croquis au premier poste (ils ne sont pas au niveau de JBB, je regrette...

Mais venons un peu à la manière de flexion. Pour simplifier je vais supposer un moteur étroit, comme un V2, V4 (RCV, ART...), Moto3 ou même une M1, où le cadre passe essentiellement dessus le moteur au lieu de s'élargir pour le contourner. Dans tous les cas, il y a deux connexions du cadre à chaque côté du moteur, un à l'avant (entre les cylindres sur une V), et à l'arrière (là il y aura normalement deux connexions par côté et le pivot du BO à l'arrière, mais traitons tout cela comme un seule bloc rigide).

Si la douille de direction se déplace latéralement relative au moteur, il doit le faire pour ces deux connexions en même temps, mais comme le principe est un peu pareil je vais les traiter un par un.

Deuxième, regarde mon beau dessin:

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

On ne va pas avoir un simple courbe dans les poutres comme à gauche, car cela impliquera un angle exagéré où les poutres rejoignent la partie triangulée derrière la douille (ok, sur une Ducati 1198 il n'y a pas trop de triangulation, mais on ne plie pas le tube qui tient les roulements de direction non plus). Là où jais faisais des cercles...

En effet, les poutres (ou les pseudo poutres faits en treillis de tubes) doivent se déformer en "S", comme dans le 2ème croquis. Heureusement, pour calculer la rigidité en ce mode, il suffit d'imaginer deux déformations complémentaires, chaque dans un demi-poutre. Et pour cela, on peut évader au besoin de faire des lourds calcules en piochant dans un texte sur la déflexion des poutres (j'ai le "Machinery Handbook") : il suffit de connaître le moment d'inertie du poutre (dans le sens correcte) et le module de Young, E.

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

Heureusement, pour tous les alliages d'aluminium E=69GPa, et pour presque tous ceux d'acier E=210GPa (un peu moins pour les inox).

Et on continue demain...

moi je comparerais plutot les cadres: leur point de fixation et leur type de renfort , tubulaire , moulé ou usiné
un cadre qui a des points de fixation eloignés et peu de "renfort" et un cadre court ou avec des points de fixation rapproché ou nombreux
2 types de frequences

Là c'est aussi ma supposition sur les problèmes des cadres-coques Ducati GP. En essayant de faire un cadre qui ait le même coefficient de rigidité, mais plus court entre douille et moteur, il ont fait monter la fréquence naturelle de vibration. Et s'ils essayaient de baisser la fréquence, ils aurait eu un cadre trop mou sous les gros contraintes de freinage et entrée en courbe sur le sec...

Mais ça aussi c'est pour un autre jour

superkart a écrit:

Est ce que la recherche sur les cadres et bras oscillant n'est pas plutot orienté vers les effets vibrations/résonance lors des phases extremes ?
si un cadre ou un bras alu se deforme de + 3 mm , a mon avis , il est mort . il aura depassé sa limite elastique alors dire qu'il va absorber les "bosses" plein angles....

Je ne comprend pas bien le débat:
il semble évident comme le souligne superkart que le cadre qui doit garder les roues en ligne ne peut pas avoir vocation à absorber des bosses, il y a la suspension pour cela.
Sauf que la suspension avant dans le cas de la fourche téléscopique s'effectue dans de mauvaises conditions (forces verticales sur des tubes ronds inclinés, microcoincements) ce qui nuit à la constance de l'appui au sol. Pour assurer un appui le plus constant possible, facteur de vitesse de passage en courbe et de ces si précieux dixième de seconde gagnées on profite du bras de levier de la fourche pour utiliser le cadre comme suspension bis pour gommer ces (faibles) variations d'adhérence.
Les cadres actuels en sont l'illustration avec leurs longerons largement ouverts et haubannés de chaque coté. Ainsi conçus ils peuvent "poumoner" à loisir sans désaligner les roues. Il ne faudra évidemment pas que l'absorption de ces minimouvements n'engendre des effets rebonds et pire entre en résonnance avec la fourche. Le cadre devra donc absorber et amortir d'où l'utilisation d'aluminium relativement "mou" pour remplir cette double fonction.

Le travail du concepteur va donc consister à détèrminer quelle flexion est nécéssaire pour coller cette bondiou de roue avant au sol et ce en fonction de la rigidité de la fourche choisie, des pneus -imposés- et de la charge sur l'avant (rapport poids suspendu-poids non suspendu). Guy Coulon nous a confié qu'aujourd'hui chez Tech 3 ils arrivent lors du dessin du cadre a déterminer avec suffisamment de précision la flexion recherchée, flexion qui est ensuite bien sur systématiquement controllée sur une machine de torture après assemblage.

Voilà pourquoi sous une apparence simple c'est si compliqué de déssinner un cadre qui fait la pole en grand prix en 2013.....et nous n'avons pas abordé le problème de la motricité houlà bondiou et bien d'autres encore......

Si j'ai ouvert ce topique, c'est justement parce que j'ai lu à maintes reprises, le plus récemment dans un article de J-F Robert, que les cadres flèchent afin d'adsorber les bosses, car le suspension ne le puisse pas aux grands angles que permettent les pneus actuels. Et que je ne trouve cela pas de tout crédible, donc le premier devoir c'est de démontrer cela?

Mais une question : aluminium en soi n'est pas trop auto-amortissant. Je dirais sans chercher des vrais données, une coefficient de restitution autour de 90%. Alors, comment est-ce qu'un cadre amortisse ?

Moi, ce qui me chagrine, c'est l'idée du cadre qui amortit les bosses...

Parce que c'est du métal tout bête, un cadre, et un métal tout bête peut plier comme un ressort, mais il n'y a aucun effet d'amortissement.
C'est grosso-modo comme si on mettait un ressort entre les roues AV et AR... Pas terrible pour la tenue de route, non ?

GrahamB a écrit:

Si j'ai ouvert ce topique, c'est justement parce que j'ai lu à maintes reprises, le plus récemment dans un article de J-F Robert, que les cadres flèchent afin d'adsorber les bosses, car le suspension ne le puisse pas aux grands angles que permettent les pneus actuels. Et que je ne trouve cela pas de tout crédible, donc le premier devoir c'est de démontrer cela?

Mais une question : aluminium en soi n'est pas trop auto-amortissant. Je dirais sans chercher des vrais données, une coefficient de restitution autour de 90%. Alors, comment est-ce qu'un cadre amortisse ?

De mon point de vue la déformation du cadre a une bien trop faible amplitude pour amortir les bosses. Le cadre intervient à la marge là où la fourche travaille mal. Quand je dis que le cadre amorti je force le trait pour la compréhension, je veux dire qu'un aluminium trop sec va entrer en résonnance et amplifier au lieu de lisser.
Donc sur le fond nous sommes d'accord.

C'est rassurant

As-tu essayé de mesurer ses micro-coincements? Ce serait possiblement utile pour comprendre la différence d'utilisation de pneus entre la Metis et une moto typique, ou même à motiver les autres à expérimenter un système JBB. On voit qu'il y a un effet "stiction" en regardant où s'arrête une fourche selon qu'elle monte ou descende, mais un mesure des pics de force serait fascinant.

Toute fois, la masse considérable non-suspendue doit amoindrir les bienfaits possible, non ?

BRUNEAU a écrit:

Le travail du concepteur va donc consister à déterminer quelle flexion est nécessaire pour coller cette bondiou de roue avant au sol, et ce en fonction de la rigidité de la fourche choisie, des pneus -imposés- et de la charge sur l'avant (rapport poids suspendu-poids non suspendu). Guy Coulon nous a confié qu'aujourd'hui chez Tech 3 ils arrivent, lors du dessin du cadre, à déterminer avec suffisamment de précision la flexion recherchée, flexion qui est ensuite bien sur systématiquement controlée sur une machine de torture après assemblage.

Voilà pourquoi sous une apparence simple c'est si compliqué de dessiner un cadre qui fait la pole en grand prix en 2013.....et nous n'avons pas abordé le problème de la motricité houlà bondiou et bien d'autres encore......

Dans le cas des Vibrations , c'est encore un autre outil qu'il faut .
Les logiciels Cao/RDM modernes sont parfaits pour la conception et analyse flexion/torsion/resistance , mais ne font pas de calculs sur les vibrations/acoustique.
les Usines connaissent bien le problème car elles y sont confrontés avec la grande série ( vieillissement pièce , confort de conduite par ex) mais les artisans sont surement perdus à ce niveau.


Concernant les vibrations , est ce que les vibrations du moteur tournant a 17000trs/ min peuvent aussi perturber/modifier le feeling ou l'adherence ?

Avec le module de calcul de Catia V5 il est possible de sortir les modes propres de vibration d'une pièce ainsi que la fréquence associée au mode de vibration.
Pour ce qui est de l’absorption de l’énergie, donc l'effet d'amortissement, sur un déplacement, même petit il y a forcement création de chaleur (du fait du déplacement de la matière). Alors sur un très petit déplacement, le changement de température et infime et imperceptible, mais c'est de cette manière que la matière "amorti".
(Pour ce rendre compte de se phénomène, il suffit de prendre une petite lame de plastique et de la faire fléchir de manière répéter sans jamais entrer en déformation plastique, au bout d'un moment on sent que la lame chauffe)

C'est sûr que la modélisation de vibrations se fait : j'ai un pote qui passe ses heures à chercher les bruits que font les freins sur des bagnoles... et la boîte qui le paie aime bien qu'il les trouve avant que les pièce n'entrent en production.

Pour le proprio lambda d'une voiture neuve, le bruit est plus important que leur capacité à freiner, au delà un certain seuil...

Pour l'effet de vibrations de moteur, c'était un des problèmes de la Roberts KR3, version 1. Mise à part que les vibrations étaient si fortes que l'essence s'est moussé dans les carbus, les pilotes perdaient la sensation dans les mains. On suppose que cela ne soit par optimale pour le feeling

Le V5 RCV vibrait à un certain régime et nécéssitait un arbre d'équilibrage, le V4 à 90° vibre moins et les harmoniques du second degré s'équilibrent, mais cela vibre quand même en permanance; le cadre vibre, les poignées des guidons amortissent, mais pas les reposes pieds, les bottes si, via la semelle.
Ces rénonances doivent quand même affecter les suspension-fourche; la liaison corps suspendus- non suspendus,elle doit etre amortie en sens inverse du retour d'info des roues -pneus.

Ok, avançons un peu. je vais prendre comme cas d'école le cadre Ducati 1098

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Ducati était gentil pour dire à tout le monde que les tubes principaux se font en ALS450 acier, 34mm de diamètre extérieur et des parois de 1,5mm.

Pour un tube, il y deux moment d'inertie : celui autour de l'axe du tube, I_z, qui convient si on veux calculer sa résistance à la torsion ; et celui autour d'un axe à 90° du tube (n'importe lequel !) pour la flexion (I_x). Ils sont donnés par
I_z=Pi * (R^4 - r^4)/2 et
I_x=Pi * (R^4 - r^4)/4
où R et r sont les radius extérieure et intérieure. Donc pour nous, R=17, r=15,5 et
I_x=2,03 x 10^4

Le module de Young est 2,1 x 10^5 N/mm² (MPa).

Alors la déflexion d'un tube, fixe à un bout et tiré à l'autre, est

Delta = FL^3/(8 E I_x),
où F est la force appliquée, L=longueur, et E et I_x sont comme défini en haut.

On fait nous voulons la formule pour un tube en forme de "S" comme discuter avant, pour lequel il suffit de prendre deux fois le résultat pour un tube de moitié de longueur... alors

Delta_s=2 F (L/2)^3/(8EI_x) = FL^3/(32EI_x),
ou bien
F = 32 Delta_s E I_x/L^3.


Si on prendre le tube supérieur d'être de 700mm, on arrive à 794N/mm.

Pour le tube inférieur à un peu près 450mm, on est à 2,99kN/mm.

Et il y a deux de chaque, donc on total, 7,59kN/mm.

On a estimé la force latérale à la douille de direction à 16,5kg_f, ou bien 162N, donc la déflexion doit être de l'ordre de
162/7590= 0,02mm.

Ca ne va pas trop avaler des bosses, ça.

Bien sûr, je n'ai pas pris en compte tous les autres tubes qui font la triangulation du treillis, qui ne peuvent qu'augmenter la résistance...

A défaut de bosses, c'est plutôt des couleuvres qu'ils veulent nous faire avaler...

Mais les 0,02mm (x2 parce qu'il y a 2 tubes) c'est au miveau du pivot de fourche, en bout de fourche, la torsion doit etre plus importante, non ?
Personellement, je pense que la carcasse du pneu doit permettre plus de souplesse que le cadre lui même.

Le 0,02mm prend en compte les 4 tubes (et normalement, quand tu passes de 1 à 2, la déflexion est divisé par deux )

La torsion c'est autre chose, parce que pour permettre cela les treillis doivent flécher sur leur axe long. Il n'est plus question de flécher un tube, mais de les allonger et les tordre.

Mais oui, c'est clair pour moi que les pneus se déforment beaucoup plus.

GrahamB a écrit:

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]

Intéressant de regarder de plus près ce cadre posté par Graham :
la partie haute n'a aucune entretoise horizontale au-delà de celle en arrière de la douille de direction, la partie basse elle n'en a pas en arrière de la colonne de direction.
Pour la partie haute totalement ouverte rien ne vient contrarier la flexion dans le sens horizontal, pour la partie basse le cintrage ouvert derrière la colonne de direction permettra un certain degré de flexion bien qu'elle soit plus courte.
Du fait que la moto s'incline en virage les efforts sur le cadre vont être essentiellement longitudinaux et dans le cas d'un cadre à douille de direction ces efforts seront augmentés par l'inclinaison dù à l'angle de chasse ainsi que par l'effet levier dù au fait que cette douille se trouve au-dessus de la roue. Petit rappel la charge à l'angle maxi aujourd'hui atteint presque 2 g, ce qui se traduit par un couple important sur la douille de direction.
Il est bien clair que si on ne recherchait pas un certain degré de flexion en largeur (dans le plan des tubes droite et gauche) les cadres seraient entretoisés dans tous les sens et pas seulement verticalement. En automobile on appelait ça les chassis "bird cage".
Petite réflexion: quand on analyse ce cadre on se demande bien pourquoi Ducati s'est lancé dans un cadre alu alors qu'il maitrisait l'acier. Et cela leur aurait permis de garder leur identité comme le fait avec un bonheur certain KTM en moto 3. Encore que j'ai cru lire qu'ils étaient confronté à des problèmes de dribble.

bentou a écrit:

Personellement, je pense que la carcasse du pneu doit permettre plus de souplesse que le cadre lui même.

C'est une évidence mais c'est aussi tout le problème, le pneu se déforme et..... rebondit.
c'est un ressort (certes légèrement amorti) dont le rebond au même titre que le ressort de la fourche devra être controllé par un vérin qui lamine de l'huile au travers de gicleurs et de clapets.

Le hic c'est que l'enveloppe de ce vérin (bras de fourche) par nécessité est lui même soumis à de fortes contraintes de flexion et de frottements, qui vont perturber le système d'amortissement. De gros progrès ont été réalisé pour minimiser ces effets délétères (fourche inversée, revètement des tubes de fourche, augmentation du diamètre des tubes de fourche ....
et travail sur l'architecture des cadres que l'on a vu évoluer ces dix dernières années avec ces doubles longerons ouvert haubannés avec une fixation en avant du moteur de plus en plus basse.

Souvenons nous de Rossi avec la 1ère Ducati carbonne "je ressens une forte vibration et l'instant d'après je suis par terre" quand fourche et cadre entre en résonnance, l'hydrauique est shunté et la roue avant fait des bonds....... ce qui rompt la liaison au sol; aie!

Dans ce forum beaucoup se sont moqué de Ducati, mais c'était oublier un peu vite que la 1ère année ou Yamaha a conçu un cadre fraisé dans la masse avec maitre Rossi himself au guidon ils ont trainé un dribble insoluble pendant toute la saison allant jusqu'à lester l'axe de roue avant. Ne pas oublier non plus que depuis l'arrivée des 4 temps Honda a ramé un certains nombre de saisons avant de venir au niveau de Yamaha malgré un moteur supposé plus performant, puis visiblement de passer devant depuis le milieu de la saison dernière.....et ce malgré un nouveau moteur en V à ...90°;

Et l'année derniere, Honda a mis plusieurs GP a retrouver l'équilibre apres un changement de pneu AV disponible.

Merci à Graham d'avoir ouvert le débat. Merci à JBB pour les explications.

Concernant les différences de cadre , je crois aussi qu'entre le modèle 999 et 1098 , ils ont changé le sens des 2 derniers renforts qui relie la colonne. la longeron superieur est donc plus "libre " que le longeron inférieur ( court et rigide)


On verra comment va se passer la carriere de la 1199.. la prochaine reviendra surement au cadre treilli.
tant que Ducati etait sur le carbone , il aurait pu essayer un cadre "long" en carbone au lieu de passer direct a une version alu "longue et ajouré"

Comment reagi la fibre de carbone au vibration : atténué ou amplifié ?

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
télémetrie d'une moto sur piste , pour ceux que ça interresse, on est loin des 2G, même au freinage maxi

Hello !
Tu peux nous expliquer s'il te plait comment on lit ce joli graphique en cœur ?
J'imagine qu'on y voit à la fois des accélérations latérales et longitudinales.

Les "presque 2g" évoqués par JBB sont des accélérations latérales.
Au freinage, on a aussi parfois presque 2 g (1,4 à 1,8) en longitudinal, bien aidé en début de freinage par l'effet aéro, quand ça va encore vite.
Les documents Brembo déjà publiés ici en témoignent.

Je crois c'est bien le célébré ellipse d'adhérence... avec un petit tronc dessous qui correspond au freinage en ligne droite sur un circuit où on ne freine pas de 300...

Pour l'histoire des entretoises sur les cadres Ducati, c'est passionnant à regarder en série verticale : la première 851 était complètement triangulée, il n'y avait mêmes pas des tubes cintrés. Depuis, avec chaque évolution il y'en avait moins. Sur les 1098R qu'on voyait en WSB, même celui de derrière la douille avait été supprimé.

cristogrr a écrit:

[Vous devez être inscrit et connecté pour voir cette image]
télémetrie d'une moto sur piste , pour ceux que ça interresse, on est loin des 2G, même au freinage maxi

Visiblement on ne parle pas de la même chose. Ton joli cœur montre des accélérations et des freinages longitudinaux. en théorie une simple étude géométrique nous apprend que dans ces situatons on ne dépasse guère 0,8g avant que la roue avant ou la roue arrière ne décolle. Donc rien qui ne contredise ton graph.
En fait pour le freinage vient s'ajouter la résistance aéro d'autant plus importante que la moto va vite comme l'a rappelé ED.

Ceci étant même si nous n'avons qu'un g de freinage "mécanique" le bras de levier entre l'appui au sol et la colonne de direction va à la louche induire un couple sur cette colonne de direction x4 soit pour 250kg une force de 1000 kg (une tonne ça parle peut-être plus) dans un sens pour le té inférieur et idem dans l'autre sens pour le té supérieur.
Ben si une force pareille ça ne stresse pas les bras de fourche et le cadre!!!!

Bon quand je parle de 2g, puisque c'est moi qui suit visé par ton beau cœur
(qui aurait mérité quelques commentaires car balancer des graphes pour faire savant sans savoir de quoi on parle c'est ennuyeux),
je parle de la composante entre la force centrifuge et le poids de l'ensemble moto-pilote sur l'angle maxi qui pour un angle de 60° donne approximativement 2g où dans l'exemple précédent 500kg qui va s'appliquer pour une répartition des masses de 50% pour moitié sur chaque train roulant. Désolé mais c'est une relation géométrique qui ne souffre pas la discussion.

Il me semblait pourtant avoir été clair, dans la flexion controllée du cadre ce que l'on recherche c'est à optimiser l'adhérence de la roue avant et surtout d'éviter qu'elle ne parte en rebond quand la moto est sur l'angle maxi.