Publication: Estudio mediante elementos finitos de los esfuerzos producidos en una biela de bicicleta
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Publication date
2013-01
Defense date
2013-03-08
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Abstract
En el presente Trabajo Fin de Grado se realiza un modelo de un conjunto de pedalier de una bicicleta en un sistema CAD de manera que pueda importarse mediante un programa de elementos finitos y realizar simulaciones de cargas para obtener los estados de tensión y deformación de las piezas.
Con la enorme evolución que se ha llevado a cabo en el mundo del ciclismo en las últimas décadas, especialmente a causa de la aparición de nuevos materiales y más aún en las técnicas de prototipado y ensayo, es necesaria la modelización de piezas, componentes para mejorar las propiedades dinámicas de los mismos así como los procesos de diseño y fabricación.
Así pues, en este trabajo, habrá una primera parte en la que se estudie todo aquello relacionado con la bicicleta, esto ayudará a entender bien cuál es el objeto de nuestro estudio. A continuación se caracterizarán los esfuerzos del ciclista mediante estudios biomecánicos que serán contrastados con la normativa aplicable a los fabricantes de bicicletas. Después se explicará el fenómeno de fatiga, que es el fallo más común en elementos sometidos a cargas cíclicas.
Una vez entendidos los conceptos básicos de lo que significa físicamente el conjunto que se va a estudiar, y cuáles son las cargas que se le puede imponer, se explica la metodología utilizada para construir el modelo virtual. En este apartado se incluye también una breve descripción de los programas utilizados que ayudan a comprender las posibilidades que tenemos a la hora de modelar las piezas o ensayos en el ordenador.
Finamente, se muestran los resultados obtenidos mediante ANSYS Workbench de los ensayos de la norma CEN EN14781:2005, pero además se han analizado también otras posiciones del conjunto para determinar las posiciones críticas.
In this Final Degree Work it is modelled a bike crankset in a CAD system so that it can be imported by finite elements program and then simulate the load conditions in order to obtain the stress and strain fields. With the great evolution completed in last decades, especially because of new materials’ appearance and even more testing and prototyping techniques is necessary to model pieces and components with the pursuit of improve its dynamic properties as well as its design and manufacturing processes. Thus, in this work, there is a first part in which it is studied all related with the bicycle, it help us to understand which our target object is. Then, cyclist stresses are characterized by using biomechanical studies which will be contrasted with the current normative for bicycle manufacturers. After, the fatigue phenomenon will be explained. It is the most common failure in components subjected to cycle loads. Once the basic concepts of the studying unit are understood, and which are the typical loads it bears, the methodology used to build the virtual model is explained. In this section it is included a brief description of the used programs. It will help to know the possibilities we have when modelling parts or essays in the computer. Finally, the ANSYS Workbench results of the CEN EN14781:2005 norm are displayed, but furthermore other positions of the crankset are analysed in order to determine the critical positions.
In this Final Degree Work it is modelled a bike crankset in a CAD system so that it can be imported by finite elements program and then simulate the load conditions in order to obtain the stress and strain fields. With the great evolution completed in last decades, especially because of new materials’ appearance and even more testing and prototyping techniques is necessary to model pieces and components with the pursuit of improve its dynamic properties as well as its design and manufacturing processes. Thus, in this work, there is a first part in which it is studied all related with the bicycle, it help us to understand which our target object is. Then, cyclist stresses are characterized by using biomechanical studies which will be contrasted with the current normative for bicycle manufacturers. After, the fatigue phenomenon will be explained. It is the most common failure in components subjected to cycle loads. Once the basic concepts of the studying unit are understood, and which are the typical loads it bears, the methodology used to build the virtual model is explained. In this section it is included a brief description of the used programs. It will help to know the possibilities we have when modelling parts or essays in the computer. Finally, the ANSYS Workbench results of the CEN EN14781:2005 norm are displayed, but furthermore other positions of the crankset are analysed in order to determine the critical positions.
Description
Keywords
Mecánica de sólidos, Resistencia de materiales, Método de los elementos finitos, Bicicletas, Bielas, Conjunto de pedalier