2020年6月29日月曜日

6月28日 <自転車>SLTM オン+オフラインミーティング

6月度のSLTMが3か月ぶりにオフラインで開催されました。オンラインでの参加もOKです。

残念ながら大雨だったので、自分は雨が上がってからオンラインで参加することにしました。


オフラインの方は、出来るだけ3密を避けてお茶や昼食は屋外で企画されていましたが、あまりの大雨で計画通りにはいかなかったようです。


朝8時前から、SNSで状況が報告され始めましたが、オフラインの方も、オンラインで参加の方も、皆さん大雨で思い通りには動けないようです。




自分の住んでいる地域も、朝は洪水注意報が出るほどの大雨でした。

雨が上がったのは、昼過ぎ。

昼食後、遅ればせながら出発です。



荒川はかなり増水していました。



八丁湖までやってきましたが、途中の道にはかなりの水溜りがあり、雨上がりには泥除けが必須だなとあらためて実感しました。





この後、山(丘?)の中をぐるぐると走り回っていたら、吉見百穴に出ました。



ずいぶん久しぶりに来たような感じがします。



いつのまにかアジサイも終盤。 なんかコロナ騒ぎでタイムスリップしたような感じです。

来月はどうなりますか・・・・

2020年6月28日日曜日

6月28日 <3D CAD>今までの解析は拘束条件に間違いあり!!

ストレートフォークとベントフォークの違いはどんなものか?と解析していたら、拘束条件に大きな間違いがあることに気付きました。

今までの解析はすべてやり直しです。ガックシ😞



上端は楕円、下端は真円のフォークのモデルを作成し、静荷重解析をし、結果を見ていたら・・・・


変形後のフォークがPinarello DOGMAのようです。

これは明らかにおかしい。


そうか!! 

車軸を固定してしまったからだ!! 

フォーク先端は回転方向に自由でなければおかしい。


どうりでフォーク先端の下側に集中して応力が高いところがあった訳だ。

計算のし直しです。


失礼しました。

2020年6月27日土曜日

6月27日 <3D CAD>フレームのパイプ板厚による違いは?

3D CADによる自転車用フレーム静荷重解析の続きです。

今回は、前三角のパイプを中央部のみ板厚0.5にし、両端の接合部は20-30mmほど板厚1.0にした場合、つまりダブルバテッドKAISEI019に近い諸元で解析し、1.0プレーン管と比較してみました。

実物のパイプ諸元(参考)
https://cyclepine.com/recommend/steelbike/pipe.html


ダブルバテッドのモデルを作成し、単純化、拘束+荷重条件を設定、メッシュ分割と進みますが、何故かメッシュ分割でエラー。

板厚1.0ではOKで、0.5でエラー。 何が違うのか解りませんが、要素の大きさ設定を10mmから15mmに変更したら、無事にメッシュ分割できました。


メッシュの状況



これでも十分細かいと思います。


<申し訳ありません。拘束条件に間違いがありました。別途再計算いたします。>


今回は、拘束条件、荷重条件を以下としました。

<拘束条件>
2分割モデルのため、切断面は切断面方向に変位しない。(X軸固定)
車軸は、上下方向に変位しない。(Z軸固定)
BBは、前後方向に変位しない。(Y軸固定)

<荷重条件>
BBの下方向(-Z軸方向)に2G(60kgの体重の2倍)。段差降りを想定。
前回は4Gにしましたが、人間の足のサスペンションを考慮。


比較です。


降伏安全率(材料の降伏応力は207MPa)

t=1.0(プレーン管)



最小部は、フォーク先端の下側です。




t=0.5(ダブルバテッド管)



この場合も最小安全率は、フォーク先端の下側です。





変位


t=1.0(プレーン管)



BB部

最大変位はフォーク先端ですが、BBの変位がフレーム剛性を表す指標になるかも。




t=0.5(ダブルバテッド管)



BB部






結果まとめ


数値をまとめてみます。



単位 T=1.0 T=0.5 悪化率
min安全率
1.131 1.031 8.8%
応力 M Pa 183 200.7 9.7%
max変位 mm 1.611 1.84 14.2%
BB変位 mm 0.3685 0.4149 12.6%


板厚1.0のプレーン管と、中央部が0.5のダブルバテッド管(017相当?)を比較してみると、応力は+10%、変位は13-14%悪化するという結果でした。

思ったより強い????

2020年6月24日水曜日

6月24日 <3D CAD>自転車フレームの静荷重解析 大きく前進!\(^o^)/

3D CAD、Fusion360で取り組んでいる自転車フレームの応力解析でしたが、今日、大きく前進しました。というか、ほぼやりたいことが出来るようになりました。

<今までの経緯>

  1. ランドナーフレームの解析用モデルを作成したが、メッシュ分割で自己交差エラー
  2. パイプ構造を止め、ソリッドモデルに変更してメッシュ分割成功
  3. フォークと後三角をパイプにし、前三角をソリッドでメッシュ分割成功
  4. 前三角もパイプ(連結後に中ぐり)にしたら、メッシュ分割で自己交差エラー
  5. 3.に対し、BBをパイプにしたらメッシュ分割で自己交差エラー
  6. 3.に戻したが、メッシュ分割自己交差エラー
3.と6.は同じ形状なのに、成功したりエラーになったり、安定しません。

ということは、形状の問題では無さそう。

メッシュの数に制限があるなどで、節点と節点がうまく繋がらず、自己交差エラーになっているのかも?

ということで、メッシュを減らすことを検討。 

メッシュを減らすためには、メッシュの大きさを大きくすることも一つの手段ですが、自転車のように左右対称の物体は、縦方向に2分割して、片方だけで応力解析を行うことも良く行われる手段です。 

ただし、この場合、垂直荷重のケースだけしか解析できません。 ダンシングでのペダリングなど、フレームに捩れが発生するケースは検討できません。

でも、垂直荷重では、メッシュを粗くすることなく解析できますので、とりあえず、半分のモデルで試してみます。


なんと、無事にメッシュが切れました。かなり細かいメッシュです。



<拘束条件に間違いがありました。別途再計算いたします。>


これでやっとパイプでの解析が出来ます。

<形状>
フレームサイズは510mm、パイプ厚は、とりあえずすべて1mmとしました。

<拘束条件>
半分にした切断面は切断面の方向を固定(この場合X軸方向)、
後軸は3軸固定、
前軸は2軸固定(前後方向に動ける)

<荷重条件>
BB部に4Gの下方向荷重、半分のモデルなので2G 60kgf*2+*9.8N
ペダルに立って、自転車が段差から着地したことを想定(かなり厳しいと思います)


<解析結果>
降伏安全率のMinは、フォークの先端で0.5

フォーク先端の形状は爪を省いていますし、降伏応力は一般鋼の207MPaを使っていますので、実際にはもっと安全率は高いと思いますが、それにしても想像以上に降伏安全率は低いですね。



ミーゼス応力値、基本的には降伏応力安全率と同じですね



変位はアニメーションで



一応、解析が出来るようになりましたので、今後はパイプ厚などを変数にした比較をしていきたいと思います。

解析をしてどうするということではないのですが、とりあえず興味本位です。


思い起こせば40年近く前、仕事でFEM解析(有限要素法解析)をやっていた時、いかに精度を落とさずに要素数を減らして計算時間を短縮するかに四苦八苦して、それでも大型コンピュータで何時間もかかって結果を得ていたことを考えると、自宅のPCで簡単に解析できるのは夢のようです。

2020年6月21日日曜日

6月20日 <車旅>県外移動解禁直後、久しぶりの奥日光へ

県外移動が解禁されたので、早速奥日光に行ってきました。


金曜日の夜、夕食も入浴も済ませてから出発。

途中で買い物もしましたので、赤沼到着は日が変わってから。

低公害バスが運行されていないので、赤沼駐車場は閉鎖されているのかと思いましたが、オープンしていました。 トイレも開いており、戦場ヶ原と千手ヶ浜への基点としては、問題ありません。



しかし、慣れもあって光徳へ移動し、光徳の駐車場で仮眠することにしました。

久しぶりのキャンピングカーでの車中泊です。


光徳駐車場には、キャンピングカーが2台、普通の乗用車が2台ほど駐車していました。


朝、明るくなってから起床。それほど寒くはありません。 長袖でちょうど良いくらい。



駐車場には、登山をする人達や早朝の写真を撮る人達の車が数台到着していて、準備を始めています。



簡単に朝食を済ませてから、赤沼に出発。

赤沼の駐車場には、車が数台だけ。 余裕で好きな場所に駐車できました。

自転車を出し、身支度を整えて千手ヶ浜に向けて出発です。






小田代ヶ原に到着。

ミヤマツツジと貴婦人。この時期だけの景色です。



バス停のトイレは利用できるようになっていました。




千手ヶ浜に到着。

コロナの影響で低公害バスが運行中止になっていますので、自転車を利用して来ている人が数人いるだけ。静かです。



ここに自転車を停め、歩きだします。



毎年のように訪れている仙人庵のクリンソウ。



花は終盤。今年は、ちょっと遅かったようです。仕方がないですね。 




クリンソウとミヤマカラスアゲハ。




車に戻って、今度はウォーキングです。

昼前に車に戻った時には、赤沼駐車場は満車。ゼブラゾーンにまで車が停まっていました。さすが県外移動解禁直後の週末です。



戦場ヶ原は、ワタスゲが満開。




遊歩道をさらに進んでいくと、すぐに通行止めになっていました。 まだ昨年の台風19号の被害から復旧出来ていないようです。



木道が通行止め、低公害バスも運行していないとなると、人の行く場所は限られてきます。

駐車が満車になるくらい人が訪れている訳ですから、赤沼から千手ヶ浜や竜頭の滝へ向かうウォーキングコースはかなりの混雑状態。


我々は車に戻って、光徳牧場に移動することにしました。

光徳牧場の駐車場は、赤沼のような混雑状態ではなく、余裕で駐車することが出来ました。


光徳牧場から、最近お気に入りの逆川沿いのウォーキングコースを歩き、戦場ヶ原へ。



こちらのコースは赤沼周辺程の混雑ではありませんが、それでもいつもより多くの人とすれ違いました。


戦場ヶ原に到着。 

こちら側には、台風の影響はなかったようで、いつもと同じ広々とした景色が広がっていました。



戦場ヶ原の広々感は、いつ来ても良いものです。




久しぶりの奥日光を堪能しましたので、そろそろ戻りましょう。

でも、埼玉に戻る前に、こちらも広々とした景色のだいや川公園手前の河原で一休み。



本当に久しぶりにサイドオーニングを開いたら、ヒンジの所が腐食していました。


久しぶりにキャンピングカーでの車旅でしたが、それ以外にも細々とした不具合が見つかりました。 こまめにメンテしないといけませんね。

2020年6月19日金曜日

6月19日 <3D CAD>フレームの静荷重解析 一歩前進

3D CAD Fusion360で行っているフレームの応力解析ですが、一歩前進しました。


メッシュ分割のエラー解消のため、とりあえずすべてのパイプを中実の円柱として、メッシュ分割してみると、見事にエラーなしで終了。



中実形状のままですが、車軸を完全固定し、BBに体重の2倍の荷重を下方向にかけてみました。


<追記>
拘束条件が間違っていますね。車軸の完全固定は実際にはなかなかない条件です。車軸は前後方向に動ける条件の方が、実際にありえる条件だと思います。やり直しが必要です。


これが主応力の結果です。

フォークの先端が一番高い応力になっていますが、当然ですが応力自体はかなり低い値です。





これが変位。

フォークの中央が一番大きい変位です。それでも0.08mmですが。




一歩前進ですね。 

これから一本ずつパイプ形状にして、確認していく予定です。

2020年6月18日木曜日

6月18日 <自転車>上里カンターレまで113km

なんかちょっと長い距離を走ってみたくなり、ほとんど一般道を走らずに行ける上里カンターレを目指してみました。



走り始め、軽く平坦路を走っていると、永遠に走っていられるような気になってしまいます。


利根川の河川敷では大型ドローンの練習中。



55kmh程走って上里カンターレに到着。まだまだ元気です。



ここでパンを購入し、誰もいないテラスで昼食。

いつもは平日でも賑わう場所ですが、お客もパラパラ。 大変だと思います。


帰宅時、走行距離は113kmでした。平坦路だけだったのですが、結構疲れました。年ですかねーー。



2020年6月17日水曜日

6月17日 <自転車>カンチブレーキ新旧効力比較

前回の続き

家に比較的新しいカンチブレーキ付きの自転車がありましたので、ちょっと比較してみましょう。ただし20in.のミニベロです。

写真から寸法を取っていますので、正確ではありません。






F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)=F0*0.5*(cos20.4°/cos49.0°)*54.3/28.5
   =1.36*F0


我家のランドナーの現状と比較すると

1.36/0.65=2.194   

実に2倍以上の効力があります。



この理由は、マファッククリテと比較して

  • 大アームL2が長い(54.3 vs 37.0)
  • アーチワイヤを短くしてθ1を大きく (49.0° vs 30.0°)
  • 大アームを立てて、出来るだけアーチワイヤーと直角に近い角度にする(θ2を小さく)(20.4° vs 30.0°)


当たり前と言えば当たり前ですが、良く考えられています。




6月16日 <自転車>カンチブレーキの最適設定(力学的考察)

カンチブレーキの最適設定(力学的考察)なんて、たいそうなタイトルにしてしまいましたが、カンチブレーキ(特にマファッククリテ)を使っていると、誰もがもう少し効きを良くしたいと考えるのではと思います。

その時に、ちょっと考えたのが、アーチワイヤーの最適な長さは?です。

今回は、力学的に考察して、もう少し効きを良くする方法を検討してみます。



定性的に考えると、
  • アーチワイヤーは短かく、チドリ部のアーチワイヤーの角度が大きいほどアーチワイヤーの張力が大きくなる(下記のF1が大きくなる)
  • アーチワイヤーとブレーキ本体のアームの角度は、出来るだけ90°に近くする(下図のθ2が0に近く)
となりますが、実際にはどうなるか、自分のブレーキレイアウトで検討してみます。

尚、今回の検証は、あくまで自分のフレーム諸元での検討ですので、一般論ではありません。ご注意ください。




これが、ブレーキが効いている状態を模した図です。




ブレーキレバーを引いた時にブレーキワイヤーに発生する力をF0とすると、

アーチワイヤーの片方に発生する張力F1
F1=1/2*F0*1/cosθ1

ブレーキ本体を回転させる力F2(F1の分力)
F2=F1*cosθ2

ブレーキシューをリムに押し付ける力F3
F3=F2*L2/L3

つまり
F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)


我家のランドナーの場合、マファッククリテの大アームがほぼ水平の時にブレーキシューがリムに当たりますので、θ12となり、
F3=F0/2*(L2/L3)=F0/2*(37/28.5)=0.649*F0

このレイアウトでは、アーチワイヤーの長さを変更しても常にθ12ですので、アーチワイヤーの長さはブレーキ力に影響しません。


<間違いがありましたので修正しました>

<対策1>L3を小さくする(薄いシューを使う)


F3を大きくするためには、色々な方法があると思いますが、マファッククリテをそのまま使うことを前提に考えると、薄いシューを使うという方法が考えられます。L3を小さくすると同時にθ2を小さく出来ます。


摩耗したシューを想定(チドリの位置は同じ)すると



F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)=F0/2*(cos16.7°/cos31.7°)*(37/22.414)
   ≒0.929*F0

0.929/0.649、43.1%ほどブレーキ力が向上します。

結構効果がありますね。



<対策2>θ1を大きくする(アーチワイヤーを短く)


さらに、アーチワイヤーを短くするとθ1が大きくなり、ブレーキ力の向上が見込めますが、同時にθ2が大きくなりますので、総合的にどうなるか検証してみます。

F3=F0/2*(cosθ2/cosθ1)*(L2/L3)=F0/2*(cos21.6°/cos36.6°)*(37/22.414)
   =0.956*F0

0.956/0.929=1.029 約3%ほど改善しました。





<結論>


自分のTOEIランドナーの場合、少しブレーキ台座の位置が低く、間隔が狭いようです。もう少し高い位置にあれば、かなりブレーキ力は向上するでしょう。

リム幅が広いのかな?オーダー時にスーチャンの650Bと指定したはずなのですが・・・


今のフレーム、ブレーキを使う前提での対策は、L3の縮小化を狙って

  • 薄いシューを使う、または出来るだけ押し込んでセットする。
  • シューを出来るだけ低い位置にセットする(下向きに付け、リムの内周ギリギリを狙う)
ですかね。


アーチワイヤーの短縮(アーチ角度の拡大)は、レイアウトによっては少し効果があるようです。変更してみる価値はありそうです。 少しスッキリしました。



P.S.
フレームをオーダーする場合には、ブレーキ台座を高く、間隔を広めにセットしてもらうと、かなりブレーキ力は向上しそうです。



間違いがあれば、ご指摘ください。(笑)

2020年6月13日土曜日

6月13日 <3D CAD> フレームの静荷重解析は前途多難?

雨ですね。あーーもう梅雨か。何となく虚しい。



静荷重解析に取り掛かりました。


まずは、モデルの簡略化。

エンドを廃止し、巻きステーを集合ステーに、フォーククラウンも簡単な形状にしました。 固定用の車軸も追加しました。




スケルトンから板厚まですべての寸法を変数化し、この表の数値を変えるだけで、様々な形状、剛性のフレームの比較が出来るようにしてみました。



ストレートフォークも比較できます。



で、早速解析を始めます。

材質(降伏応力)を指定し、拘束条件(車軸を固定)、荷重条件(BBに垂直荷重)をセット。

さて次はメッシュ分割。



ガーーン。 エラーです。

やはり薄物は難しいのか?

勉強し直し、というか、何も勉強せずいきなり勘で始めたのが間違いでしたね。

2020年6月12日金曜日

6月12日 <3D CAD> TOEIランドナーフレーム完成?

Fusion360という3D CADのソフトを使って作っていたTOEIランドナーのスタンダードフレームが完成しました。




苦労しましたが、フォークが完成。






フォーククラウンは、ちょっと形状が違いますが、妥協。



フォークレッグも結構苦労しました。クラウンの下で少し曲がっているのが解ると思います。

楕円から真円へ変化しつつ、先溜めカーブを作るのは、ロフトという機能を使えばそれほど大変ではありません。




一番時間がかかったのが、ブレーキ台座。



この位置にセットするだけで、補助面を4つ使っています。




フレーム本体とアッセンブルして一応完成。





あれっ? ヘッドセットの下側が入るスペースがありません。どこかで10mm違ってしまったようです。

ふーーっ。 修正も必要なのですが、今度は静的荷重の応力解析をやってみたい。

2020年6月9日火曜日

6月8日 <家庭菜園>夏野菜の植付け完了

我家の家庭菜園は夏野菜の定植が終わり、一段落といったところです。


決して広い庭ではありませんが、今年は花壇と芝生を削り、昨年の倍くらいの面積にしました。 自給自足は無理ですが・・・



自粛中は、じっと家で家庭菜園を楽しむ?人が多かったようです。我家を含め。


我家では、今年は、ミニトマト2本、中玉トマト2本、ピーマン2本、ナス2本、パプリカ2本、シシトウ1本、オクラ9x2本、ゴーヤ5本、大豆(枝豆)20本位、それに夏野菜ではありませんがネギが一列+ネギ坊主を植えたのがあります。それから、ほとんど野生のようなシソとニラ。






トマトはスナップエンドウが終わるのを待って植えたので、ちょっと遅くなったのですが、今では胸の高さ位まで成長し、花が咲いて実が出来始めています。



ナスも実が大きくなっています。収穫までもうすぐ。



パプリカです。ピーマンも同じような感じです。




ゴーヤは本葉6-7枚になったので、摘芯しました。

大豆も摘芯。



ナメクジとの戦いが一段落し、皆、順調に育っています。




さて、この花は何だか解りますか?









正解は、サニーレタスです。

サニーレタスが植えられていた所に別の物を植える必要がありましたが、まだ食べられたので、全部倒すの惜しく、3本だけ鉢に上げておいたら、こんなにかわいい花が咲きました。



「野菜栽培は虫との戦いだ」と、誰かが言っていました。 順調に育つことを願っています。