MSC Apex與MSC Nastran聯(lián)合仿真顛覆競技運動自行車性能設(shè)計

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2022年12月13日 16:36

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MSC Apex與MSC Nastran聯(lián)合仿真顛覆競技運動自行車性能設(shè)計的圖1

項目背景

Kú Cycle是一家總部位于荷蘭的公司，提供自行車設(shè)計和性能解決方案，使騎手和車身能夠完美契合。他們認為，騎手的定位應(yīng)該獨立于自行車，因此將自行車裝配服務(wù)從購買后服務(wù)重新定位為購買前服務(wù)。引入了一種新的生產(chǎn)流程（按訂單生產(chǎn)）和一種完全不同的銷售模式，其目標(biāo)是：交付運動員成績。

Kú Cycle在開發(fā)一款受F1啟發(fā)的鐵人三項自行車時使用了MSC Apex，其中車輛的前部對氣流至關(guān)重要。當(dāng)驗證概念時，MSC Apex為他們提供了所需的信心，以致力于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的原型設(shè)計和制造所需的昂貴工具。

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項目挑戰(zhàn)

現(xiàn)代鐵人三項是一項嚴(yán)重依賴自行車和騎手的高效空氣動力學(xué)性能的運動。F1賽車的設(shè)計使其能夠操縱氣流，沿著對車手有利的路徑行駛。Kú Cycle的目標(biāo)是制造一輛能引導(dǎo)自行車和騎手周圍氣流的自行車。

這項任務(wù)要求Kú Cycle徹底重新設(shè)計自行車的車架、車叉和車把，以便位于自行車前部附近的部件能夠主動地操縱氣流，使騎手受益。

使用有限元分析的虛擬樣機是一種應(yīng)用于許多行業(yè)的技術(shù)。在Kú Cycle的案例中，允許結(jié)構(gòu)在任何物理制造之前進行優(yōu)化。利用MSC Apex和MSC Nastran建立和求解有限元模型，采用線性靜態(tài)和動態(tài)分析求解序列。

解決方案

Kú Cycle成功的關(guān)鍵因素之一是，他們決定在投資生產(chǎn)設(shè)備之前，利用有限元分析并使用MSC Apex進行實時的探索設(shè)計修改。有限元分析為Kú Cycle提供了設(shè)計結(jié)構(gòu)如何響應(yīng)相關(guān)ISO結(jié)構(gòu)測試的預(yù)測，并告知了整個模型的關(guān)鍵位置。

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對原始模型的有限元分析表明，在車把/樞軸箱接口處存在一個值得關(guān)注的區(qū)域，這將導(dǎo)致需要對其不同的迭代分析進行評估。將盤式制動器納入設(shè)計中（不需要輪輞-卡鉗制動器支架）意味著轉(zhuǎn)向樞軸箱SPB可以戰(zhàn)略性地定位在自行車手的兩臂之間。

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然后使用MSC Nastran對模型進行求解，以評估靜態(tài)、疲勞和沖擊載荷情況。在完成這項評估后，Kú Cycle能夠使用Fork Airstream技術(shù)（FAST）為一種高大的自行車車叉申請專利，從而消除了對傳統(tǒng)車叉轉(zhuǎn)向和車架頭管的需要。

項目成果

以往僅基于物理測試的開發(fā)方法通常不足以確保結(jié)構(gòu)不會失效。在許多情況下，公司需要投資昂貴的原型機，但幾乎不能保證他們的設(shè)計能夠滿足要求。以MSC Apex為核心的戰(zhàn)略為企業(yè)提供了在任何制造之前對虛擬結(jié)構(gòu)進行評估的手段。

Kú Cycle現(xiàn)在生產(chǎn)了一款專為鐵人三項比賽設(shè)計和制造的新自行車。Kú TF1通過采用CAE技術(shù)和一級方程式實踐，提供各種相關(guān)的性能解決方案，以創(chuàng)造一種空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)高效的車輛。

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