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・・・・
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・・・・
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。
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。
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
数値をまとめてみます。
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？？？？
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。＞
降伏安全率（材料の降伏応力は207MPa）
変位
結果まとめ
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＞
＜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
＜今までの経緯＞
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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。＞
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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