Analisi FE con elementi beam di un telaio
di bicicletta da corsa
L. Patriarca
POLITECNICO DI MILANO, Dipartimento di Meccanica
2
Sommario
In aula didattica
Introduzione al caso del portale
Introduzione al caso del telaio
Calcolo in aula delle reazioni vincolari dei cuscinetti
In aula informatica
Esempio guidato del modello ad elementi finiti del portale
Esempio guidato del modello ad elementi finiti del telaio (semplificato)
Appendice
Comandi utili di Abaqus per la costruzione del modello a elementi finiti in esame
L. Patriarca
3
Portale
Risultati ottenibili da un’analisi FEM con elementi BEAM
Reazioni vincolari
Azioni interne
Spostamenti e rotazioni dei nodi degli elementi
Con questo primo esempio verificate i conti analitici che avete
svolto nelle precedenti esercitazioni!
L. Patriarca
4
Sistema di riferimento locale
Sistema di riferimento locale
È necessario assegnare a ciascun tratto geometrico un sistema di riferimento locale in
modo tale da poter orientare opportunamente la sezione da assegnare
Questo sistema di riferimento ci permette inoltre di interpretare in maniera corretta
le azioni interne
L. Patriarca
5
Telaio di una bicicletta da corsa
L. Patriarca
6
Metodi di prova – Norma Europea UNI EN 14781
Metodi di prova sugli accessori
Metodi di prova sui telai
L. Patriarca
7
Prove di fatica
Prove di fatica
Analisi FEM
100000 cicli
∆σ, ∆τ Verifica a fatica
100000 cicli
L. Patriarca
8
Prova di fatica con forze di pedalata
Condizioni di carico
e vincolo secondo
la Normativa
Europea
L. Patriarca
9
Prove di fatica con forze di pedalata
Vincolo modificato rispetto alla
normativa
Cerniera
L. Patriarca
10
Prova di fatica con forze orizzontali
L’analisi FE di questa configurazione dei vincoli e dei carichi permette di ricavare
per i punti più critici i ∆σ e ∆τ dei cicli di fatica per questa prima condizione
L. Patriarca
11
Telaio di una bicicletta da corsa
Accessori necessari da inserire nell’analisi
Reggisella per applicare la forza peso del ciclista (non presente nella
normativa), caratteristiche uguali al tratto di telaio a cui è collegato (materiale
alluminio E=70000, ν=0.33)
Forcella anteriore Diametro 28 mm e t=2 mm, materiale acciaio
E=200000 Mpa , ν=0.3
L. Patriarca
12
Calcolo delle forze (in aula)
L. Patriarca
13
Calcolo delle forze (in aula)
L. Patriarca
14
Calcolo delle forze (in aula)
L. Patriarca
15
Gestione delle forze e dei vincoli
Nel passare da una prova di fatica all’altra si deve cambiare il vincolo
sulla forcella anteriore sbloccando la traslazione orizzontale
L. Patriarca
16
Punti dell’elaborato
Breve descrizione del modello in termini di tipologia di elementi utilizzati, condizioni al
contorno, tipo di carico
Azioni interne significative a seconda del carico considerato (attenzione che le azioni
interne sono funzione degli assi locali di ciascun elemento beam)
Riportare immagini con la deformata del telaio nelle varie condizioni di carico
Per i due test di fatica determinare le rispettive ampiezze di sforzo in termini di ∆σ e ∆τ
per i punti più critici
2
1
3
Sforzi nel punto i-esimo
Pedalata destra
σmax-i, τmax-i
∆σpedal-i, ∆τpedal-i
Pedalata sinistra
σmax-i, τmax-i
Forza orizzontale 1
σmax-i, τmax-i
∆σoriz-i, ∆τoriz-i
4
Forza orizzontale 2
L. Patriarca
σmax-i, τmax-i
17
Appendice - PART
Costruzione dello sketch in 2D
È possibile tracciare la geometria del telaio in uno sketch 2D per la parte di telaio
anteriore
L. Patriarca
18
Appendice - PART
Suggerimenti utili per la costruzione dello sketch in 2D
È possibile utilizzare delle linee di costruzione definite solo nello sketch per la
successiva definizione della geometria del telaio
È utile posizionare la parte inferiore del
telaio (punto in cui passa l’asse dei
cuscinetti del movimento centrale)
nell’origine del sistema di riferimento
L. Patriarca
Aggiungere un vincolo di
posizione sul punto che deve
rimanere al centro del sistema di
riferimento globale
19
Appendice - PART
Costruzione di un datum point
Si costruisce un punto nello spazio che servirà per tracciare le geometrie del telaio al
di fuori del piano della geometria iniziale
L. Patriarca
20
Appendice - PART
Partizione di una geometria wire
È possibile partizionare le geometrie wire, ci sono diverse opzioni
Si definisce la
posizione in cui si
vuole inserire il
punto geometrico
che spezza la wire
iniziale
L. Patriarca
21
Appendice - PART
Geometria finale del telaio
L. Patriarca
22
Appendice - PROPERTY
Definizione della sezione per gli elementi BEAM
Si definisce per ogni tratto a sezione costante del telaio una propria caratteristica
sezione
L. Patriarca
23
Appendice - PROPERTY
Sistema di riferimento locale
Al fine di orientare opportunamente la sezione è opportuno definire un sistema di
riferimento locale per gli elementi beam che verranno posizionati su ciascun tratto della
geometria definita
L. Patriarca
24
Appendice - STEP
Creazione di diversi step
Creando più step è possibile gestire in
maniera opportuna le varie condizioni di
calcolo e di vincolo, si suggerisce di creare 4
step
Richiedere nel Field Output Manager la
determinazione delle azioni interne, Abaqus
non prevede infatti come opzione di default il
calcolo di queste variabili
L. Patriarca
25
Appendice - LOAD
Load manager e Boundary condition manager
Si possono spostare attivare o deattivare i carichi e i vincoli durante l’analisi
L. Patriarca
26
Appendice - VISUALIZE
Visualizzare correttamente i risultati
Le azioni interne sono definite sulla basa del sistema di riferimento locale definito nel
PROPERTY MODULE, è possibile visualizzarlo mediante i comandi contenuti nel Common Plot
Options
L. Patriarca
27
Appendice - VISUALIZE
Convenzione di visualizzazione delle azioni interne rispetto al sistema di riferimento locale
Section forces, moments, and transverse shear forces
SF1
Axial force.
SF2
Transverse shear force in the local 2direction (not available for B23, B23H,
B33, B33H).
SF3
Transverse shear force in the local 1direction (available only for beams in
space, not available for B33, B33H).
SM1
Bending moment about the local 1-axis.
SM2
Bending moment about the local 2-axis
(available only for beams in space).
SM3
Twisting moment about the beam axis
(available only for beams in space)
L. Patriarca
0
