UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
1
DISEÑO DE UN ARMAZÓN DE BICICLETA CON FIBRA DE CARBONO González R., Lenin B. a
[email protected] a Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE”
I. RESUMEN En este traabjo se evalua el diseño del cuadro de una bicicleta con agarradera con conjuntos de superficie que representan el tubo principal, el tubo superior, el tubo del asiento, el tubo inferior, el soporte de la cadena y el soporte del asient asiento. o. Y se definen definen vario varioss escena escenari rios os con difere diferente ntess propiedades de materiales y condiciones de carga, para evaluar evaluar la respuesta estática del cuadro.
II. C ONTENIDO Figure Figure 1. Aplicació Aplicaciónn de cargas A. Objectivos:
a -Definir y vincular parametros de carga sobre el marco de la bicicleta a distintos mareiales. 2) Objetivo Objetivo Específico: Específico: a -Un estudio estático con malla sólida -Definir propiedades de material y condiciones de carga como variables del Estudio de diseño -Evaluar diferentes escenarios. 1) Objetivo Objetivo General: General:
Posteriormete se designa un material para las juntas y para los tubos del marco, en este caso acero aleado.
B. Software
• SolidWorks
C. Procedimiento Procedimiento Figure Figure 2. Asignaci Asignación ón de materiales materiales y mallado de la pieza
a los paráme parámetro tross asocia asociados dos a las propie propiedad dades es de materi material al de tubos y cargas aplicadas. De manera predeterminada, las propiedades de material representan el aluminio y la condición de carga representa al ciclista sentado en la bicicleta. Se aplica aplicann las cargas cargas reales reales en loslug loslugare aress geome geometri tricos cos correspondientes del armazón de la bicicleta.
Por ultimo, se realiza un mallado y la ejecución de la simulación, para obtener una primera aproximación de la respuesta estatica del marco.
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
Figure 3. Resultados de los esfuerzos de Von Mises
2
Figure 5. Propiedades del material requerido para el diseño, fibra de carbono
Por ultimo, un nuevo analisis muestra los resultados que se obtiene con el nuevo material prouesto, tanto en esfuerzos como en deformaciones. A primera vista, se observa que no existen mayores concentradores de esfuerzo en el diseño, y que las cargas se distribuyen uniformemente sobre el marco.
Figure 6. Resultados del nuevo análisis
Tanto en deformación como en el limite de seguridad, se observa una mejoria y considerando que el peso disminuye es una ventaja importante el uso del material propuesto. Figure 4. Cálculo del factor de seguridad
Fue realizado la respuesta de un factor de seguridad sobre el mismo diseño, y se obtiene una respuesta de 1,5, que si bien no es alto, se puede considerar como aceptable. Para obtener un mejor diseño, se realizan pruebas con materiales distintos. Se eligio fibra de carbono, y se seleccionaron las nuevas propiedades de este material, y se designo la orientacion de las fibras longitudinalmente en los tubos de la bicicleta.
Figure 7. Factor de seguridad
UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
III. C ONCLUCIONES a -La experimentacion con nuevos materiales resulta suememnte util en el diseño, no solo de elementos como el propuesto en esta investigacion, sino en todo elemento de maquina. -Los resultados indican que los cuadros de aluminio y de fibra de carbono son seguros sólo cuando el ciclista está sentado o pasea en la bicicleta. Para que el diseño sea apto cuando el ciclista anda en la bicicleta, aumente los diámetros del tubo en el modelo o el grosor del vaciado de los tubos en el estudio. IV. REFERENCES -a http://www.youtube.com/watch?v=OTstknzqWQs, SolidWorks Tutorial - http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/open/parasolid/ portfolio/designer.shtml, Parasolid, on November 1, 2014. - http://www.youtube.com/watch?v=CZSg7xUj5tg, on November 1, 2014
Coauthor
3
