使用Altair®HyperWorks®优化氩气18高性能自行车的结构强度

团队的要求是为了获得最佳的空气动力学结果，因为骑手将在轨道事件期间消耗大量的电力。当自行车更具空气动力学时，它通常会导致形状更薄。因此，挑战是使框架僵硬，同时平衡结构的强度和刚性。

该项目的一个重要方面是开发一个新的铝杆，用于汉森先生在飞行圈项目，这是实现从移动开始的最快圈。使用增材制造(AM)技术制造，为了最大限度地提高运动员的空气动力学性能，自行车杆需要无缝集成到自行车框架，同时牢固地固定在叉插片上。通过定制的设计，也可以保证运动员的最佳位置。此外，支架还需要足够的刚性(比碳纤维更好)和轻量化。

测试，测试和更多的测试-以达到正确的平衡

在径赛中，车手要消耗大量的动力输出，因此，自行车不仅要有坚固和轻量化的设计，而且要有最好的空气动力学性能来减少阻力。需要进行各种测试来测量和改善现有自行车设计的基本性能。在重量、结构强度和刚度之间取得正确的平衡是一项挑战，同时还要考虑自行车的基本部件阻力面积。

有限元分析（FEA）用于了解产品的结构，改善和优化它。CFD分析和虚风隧道模拟有助于改善空气动力学方面。FEA和CFD流程之间的几个迭代，然后尝试了组件的不同配置，使刀片更宽，更薄，并将其脱离车轮，使其更近，同时保持在CFD和FEA数据上保持密切的观看。改善设计的方法遵循如下序列。

• 首先是空气动力(阻力面积)，然后是刚度
• 较小的管型材，如果过于柔软，修改厚度和长度。
• 研究现有竞争对手自行车框架管尺寸以具有基线/参考。
• CFD分析在虚拟风洞与多个配置，以最大限度地利益每个设计属性。对叉形、车轮尺寸、下管附件和整个车架进行了分析
  • 叉和轮(已测试的不同配置/尺寸)
  • 叉、轮和下管
  • 最后，叉子和框架

设计改进导致气动阻力（CDA）的显着减少，这是制造更快的自行车的关键参数

• 初始(现有)设计CdA(拖动面积)= 0.0199
• 最终设计CDA（拖动区域）= 0.01864
  • FEA验证和调整Optistruct中每辆自行车架组件的刚性
• Fork V6和V7刚性之间的比较
• 物理EN / ISO（ISO 4210-6）刚度（位移）测试，以验证FEA结果并与初始（现有）设计进行比较
• 平均刚性增加16％

使用OptiScruct进行线性应力分析，以验证杆体和夹具设计。

• 基于材料性能和疲劳行为的综合知识，在100 MPa下建立的应力极限受许多微观组织方面的影响
• 由氩气18基于实验确定的负载

应力分析表现出比典型的碳纤维茎更大的刚度，约9％。它还识别出待调节的几个尺寸，以便保持部件的完整性，例如管状部分的厚度和车把夹紧部分。为确保其可靠性，对最终设计进行了疲劳试验。它成功进行：注意到没有显着的刚性或破裂损失，并且观察到与应力分析的良好相关性。证明刚度大于纤维增强复合架。

• 650 n和-650 n负载
• 1 Hz频率
• 60,000个循环