Modellazione CAD 3D e analisi FEM strutturale dell'assieme forcella-telaio di una bicicletta in lega di alluminio

L’obiettivo della relazione è stato di descrivere l’implementazione del metodo numerico degli elementi finiti (FEM) per ricavare le massime sollecitazioni, i minimi coefficienti di sicurezza e gli spostamenti dell’assieme forcella-telaio di una bicicletta in lega di alluminio, sottoposto a tre differenti scenari di carico. Dopo aver definito il modello numerico e le ipotesi iniziali, al fine di condurre l’analisi strutturale in condizioni critiche, sono state individuate le tre seguenti configurazioni di carico: ciclista che sale in sella, ciclista sui pedali in salita e in discesa su terreno sconnesso. Si sono cercati in letteratura scientifica studi in cui sono state misurate per via sperimentale le forze e i momenti applicati sulla bicicletta, in circostanze analoghe a quelle delle tre configurazioni scelte, con lo scopo di utilizzare queste azioni esterne nelle tre simulazioni numeriche. Successivamente, è stato creato il modello 3D della forcella e degli elementi tubolari che compongono il telaio all’interno del programma Solidworks, avvalendosi di misure e superfici di riferimento generate tramite la fotogrammetria. È stato assemblato il modello del telaio ed è stato generato l’assieme, oggetto dello studio. Si è utilizzato Solidworks Simulation per applicare il metodo degli elementi finiti nello studio statico della struttura. All’interno del programma, sono state aggiunte le informazioni riguardanti il materiale, i vincoli e i carichi. Da una prima soluzione della simulazione numerica, a basso onere computazionale, sono state identificate le zone a maggiore sollecitazione del telaio e della forcella, evitando quelle di concentrazioni delle tensioni, essendo lo studio statico. In seguito a un affinamento della mesh, nelle medesime regioni, si sono distinti gli sforzi divergenti da quelle convergenti. In conclusione, per ogni scenario, si è determinata la massima sollecitazione di Von Mises, il coefficiente di sicurezza e il massimo spostamento della forcella e del telaio, per poi confrontarli con i risultati analitici (Modello di de Saint Venant).