Diseño y análisis por elementos finitos del cuadro de una bicicleta

Abstract

[ES]El proyecto consiste en diseñar un cuadro de una bicicleta de carretera de Aluminio 6061 que, siendo lo más ligero posible, sea capaz de resistir las solicitaciones de carga a las que se ve sometido este elemento. En primer lugar, se estudia la influencia que tienen en la distribución de tensiones los distintos parámetros que definen la geometría del cuadro. Se obtiene que los parámetros que deben ser tenidos en cuenta en el diseño son el seat tube angle y el top tube horizontal y se realiza una optimización de estos parámetros para minimizar las tensiones máximas en el cuadro. Posteriormente, se realiza una optimización de las secciones de los tubos con el objetivo de minimizar el peso del cuadro y se modela este cuadro empleando un programa CAD, logrando un peso final de 1144 gramos. Finalmente, utilizando un programa de elementos finitos, se lleva a cabo una simulación de dos de los ensayos que establece la normativa: el ensayo de choque (caída de una masa) y el ensayo de fatiga por fuerzas horizontales, los cuales pasa el cuadro satisfactoriamente.

[EU]Proiektua Aluminio 6061ez egindako errepidezko bizikleta baten koadroa diseinatzean oinarritzen da. Koadroak eskaera zamen eraginak eutsi behar ditu ahal den arinena izan bitartean. Lehenik eta behin, koadroaren geometria zehazten duten parametroen eragina aztertzen da tentsioen distribuzioan. Azterketa horretan, parametro garrantzitsuenak seat tube angle eta top tube horizontal direla aurkitzen da eta parametro hauen optimizazioa egiten da koadroaren tentsioa handienak minimizatzeko. Ondoren, hodien sekzioen optimizazioa egiten da koadroaren pisua minimizatzearen objektiboarekin eta koadro hau modelatzen da CAD programa bat erabiliz, 1144 gramoko pisua lortuz. Bukatzeko, elementu finituen programa bat erabiliz, arautegiak behartzen dituen bi entseguen simulazioa egiten da, talka entsegua eta indar horizontalen nekearen entsegua. Bi entsegu hauek gainditzen ditu koadroak era egokian.

[EN]The project consists of designing a road bicycle frame made from Aluminium 6061. The frame should be as light as possible, yet would be capable of resisting the loads that it is subjected to. Initially, the influence that the different parameters (which define the frame geometry) have on stress distribution is studied. It is found that the parameters which should be taken into account in the design are the seat tube angle and the top tube horizontal. An optimization of these parameters is made in order to minimize the maximum stresses on the frame. Optimization of the tubes sections is performed, with the objective of minimizing the frame weight, and the frame is modelled using a CAD program, achieving a final weight of 1144 grams. Finally, using finite element analysis software, a simulation of two of the tests which are established by the normative is carried out: the impact test (falling mass) and the fatigue test with horizontal forces, both of which the frame satisfactorily passes.