Моделювання НДС елементів рами велосипеду

   Гірські велосипеди, або MTB (англ. Mountain bike — маунтинбайк) — призначені для їзди по бездоріжжю. Вперше велосипеди цього класу з'явились на початку 70-х рр. у США, у 80-х почалось серійне їх виробництво, у 90-х вони заполонили весь світ.

   Їх характеризує дуже міцна рама, потужні колеса діаметром 26" дюймів (559 mm), шини шириною 1,85-2,5 дюйма, амортизаційна вилка керма, часто і задня амортізаційна «незалежна» підвіска. Кермо пряме, іноді з «ріжками». Для МТВ характерна також велика кількість швидкостей (останні генерації мають формулу передн./задн. перемикачів 3х9=27).

   В даній роботі розглядається задача по числовому моделюванні рами велосипеду. Для вирішення завдання були використані програмні комплекси:

• SolidWorks для коректування твердотілої геометрії отриманої в нейтральному форматі;
• Ansys Workbench 14.0 для числового моделювання задачі;

   При проведенні інженерного аналізу можна виділити такі етапи:

• Розробка моделі. На даному етапі підготовлюється геометрична модель, задається матеріал та його властивості, генерація скінченно-елементної сітки.
• Налаштування вирішувачу та рішення. На даному етапі задаються необхідні налаштування вирішувачу, параметри, забезпечуючи збіжність ітераційного процесу.
• Обробка результатів. На даному етапі отримане численне рішення задачі використовується для візуалізації розподілу фізичних величин.

   Для початку необхідно імпортувати заздалегідь підготовлену модель. В нашому випадку модель була підготовлена в програмному комплексі SolidWorks та збережена в нейтральному форматі(«*.x_t», «*.step») .

Рисунок 1 - Рама

   Так, як рами для даного типу велосипеду виготовляється в основному з алюмінію в «Engineering Data» обираємо «Aluminum Alloy» та вказуємо, що відповідає:

• Модуль Юнга дорівнює 7,1е+10 Па;
•  Коефіцієнт Пуассона – 0.33;

   Для побудови скінчено-елементної моделі використовувався «Hex Dominant Method» в даному методі використовуються quad/tri елементи. Частина моделі приведена на рисунку 2.

Рисунок 2 - Скінчено-елементна модель

   Зобразимо загальну модель навантажень та закріплень(рисунок 3).

Рисунок 3 - Навантаження та закріплення

   Навантаження типу «Force» в місці кріплення сидіння велосипеду, прикладається для імітації сидіння людини(рисунок 3 з поміткою [A]) і дорівнює 2500Н.

• Навантаження типу «Force», які в даному випадку являються реакціями опори та зображені на 3 з поміткою [В], [С] і дорівнюють 1250Н.
• Закріплення типу «Displacement» прикладається для обмеження переміщення моделі і допускає переміщення тільки в осі Y(рисунок 3 з поміткою [D]).
• Закріплення типу «Cylindrical Support» прикладається для обмеження обертання моделі(рисунок 3 з поміткою [Е]).

   Тепер розглянемо отримані результати(рисунок 4 - 5).

Рисунок 4 - Total deformation

Рисунок 5 - Еквівалентні напруження

   Таблиця 1. Вивід результатів

Кількість вузлів, млн.	Переміщення, мм	Еквівалентне напруження, МПа
1,4	0,2665	86,16

   Аналіз результатів показав, що дана модель рами може використовуватися в реальних умовах.