Tổng quan
Trong những năm gần đây,đua xe và đạp xe giải trí đã trở nên phổ biến ở châu Âu, dẫn đến sự cạnh tranh ngày càng mạnh mẽ. Sự đổi mới chiếm vị trí trung tâm khi các nhà phát triển xe đạp chuyển sang các công nghệ tiên tiến để duy trì tính cạnh tranh. Carbon Fiber, một vật liệu tổng hợp nhẹ mạnh mẽ, bền và cứng hơn thép nhưng lại nhẹ hơn thép, khiến nó trở thành vật liệu sản xuất lý tưởng. Do đó, gần đây, loại vật liệu này đã nổi lên như một lựa chọn phổ biến trong việc phát triển khung xe đạp đua. Kể từ khi trình làng chiếc xe đạp đường trường Kestrel 4000 vào năm 1986, chiếc xe đạp đầu tiên của họ có chất liệu carbon hoàn toàn với thiết kế khung khí động học, nhựa gia cố bằng sợi carbon đã được sử dụng thường xuyên hơn trong thiết kế khung xe đạp.
Được thành lập vào năm 1992 bởi Milan Duchek, công ty Duratec Ltd. của Séc, được thành lập do sự đam mê của ông đối với các bộ phận xe đạp thủ công. Là một công ty xe đạp sáng tạo, Duratec phát triển khung xe đạp thủ công bằng cả vật liệu nhôm và tổng hợp. Thay vì sản xuất hàng loạt, Duratec sử dụng cách tiếp cận cá nhân đối với khách hàng bằng cách cung cấp các thông số xe đạp độc đáo cho sự hài lòng của người lái. Với mục tiêu phát triển chiếc xe đạp tốt nhất có thể phù hợp với mong đợi của khách hàng, Duratec chú ý đến các chi tiết tỉ mỉ để có được kích thước chính xác, hình dạng khung và định vị chỗ ngồi được tối ưu hóa. Công ty cũng tham gia vào các nỗ lực hợp tác như tài trợ cho tay đua Paralympic Séc Jiri Jezek, các vận động viên giành huy chương vàng trong thế vận hội dành cho người khuyết tật.
Tại Duratec, được coi là kết quả của quá trình cải tiến và phát triển sản phẩm, khung xe đạp đã nổi lên như xương sống của một chiếc xe đạp đáng tin cậy. Được làm bằng sợi có độ bền cao, mô đun cao được ép bằng nhựa tốt nhất, xe đạp đua PHANTOM tại Duratec sử dụng các tính chất cơ học tối đa của vật liệu giúp người dùng có trải nghiệm chất lượng cao.
"Bên cạnh sự phát triển của chúng tôi, với sự trợ giúp của Advanced Engineering s.r.o., sử dụng bộ Altair HyperWorks, khung xe đạp của chúng tôi đã được tối ưu hóa để thu nhỏ khối lượng trong khi cải thiện độ cứng và độ bền, mang lại trải nghiệm người dùng chất lượng cao cho khách hàng của chúng tôi."
- Milan Duchek
Người sáng lập và chủ sở hữu, Duratec
Tối ưu hóa khung xe đạp đua tổng hợp
Được thành lập tại Prague, Advanced Engineering là đối tác của kênh Altair tại Cộng hòa Séc, cung cấp dịch vụ tư vấn để phân tích cấu trúc và tối ưu hóa các cấu trúc. Một dự án gần đây tại Duratec trình bày cách tiếp cận mới nhất trong việc phát triển tối ưu hóa sợi carbon của khung xe đạp. Mục tiêu chính của dự án này là tối ưu hóa khung xe đạp đua tổng hợp để có được hiệu suất đẳng cấp thế giới. Điều này đòi hỏi giảm thiểu khối lượng trong khi duy trì hoặc tăng độ cứng và sức mạnh của khung. Các thùng được sử dụng trong quá trình tối ưu hóa và xác minh kết quả tuân thủ tiêu chuẩn EN 14781 của Châu Âu quy định các yêu cầu về hiệu suất và biện pháp an toàn.
Đối với bộ phận Kỹ thuật hỗ trợ máy tính (CAE) tại Advanced Engineering, đó là một thách thức thực sự để tối ưu hóa việc xếp lớp cũng như số lượng các lớp cần thiết để đáp ứng tất cả các mục tiêu cấu trúc. Nói chung, có ba cách chính để tối ưu hóa hoặc điều chỉnh các cấu trúc hỗn hợp của - điều chỉnh góc sợi, chuỗi lớp bố vỏ xe và số lượng lớp bố vỏ xe thông qua laminate. Khả năng tăng độ dày đơn giản, cục bộ ở các khu vực tiếp xúc nhiều đóng vai trò là lợi thế chính của cấu trúc tổng hợp cho khung xe đạp. Các kỹ sư xác định rằng việc sử dụng các tham số để giải trình tự và số lượng lớp sẽ cho phép tạo ra một khung thiết kế đáp ứng tất cả các mục tiêu cường độ và độ cứng mà không vượt quá vật liệu, trong khi vẫn rất nhẹ.
Công nghệ sản xuất khung xe đạp được phát triển bởi trung tâm phát triển Duratec (Công nghệ OnePiece - 100% nguyên khối) nằm ở khả năng tạo ra toàn bộ khung, bao gồm các kết nối ống, được hình thành và sửa chữa cùng với toàn bộ vỏ của khung trong một quá trình nhiệt. Công nghệ này đảm bảo độ chính xác sản xuất cao nhất và chất lượng xử lý tối đa. Do khung không được lắp ráp và dán từ nhiều bộ phận, nhà sản xuất đã được phép sử dụng công nghệ AFCF (Sợi liên tục được trang bị chính xác) để bố trí sợi. Mục đích công nghệ là giữ cho sợi không bị gián đoạn trong các khu vực có ứng suất cao nhất để tối đa hóa các tính chất cơ học của nó, từ đó đạt được các thông số giới hạn về độ cứng và độ bền cùng với trọng lượng rất thấp.
Sử dụng quy trình tối ưu hóa ba giai đoạn
Sử dụng bộ Altair HyperWorks, khung được tối ưu hóa để giảm thiểu khối lượng trong khi cải thiện độ cứng và độ bền. Sử dụng HyperWorks cho toàn bộ quá trình, mô hình đã được tạo trong Altair HyperMesh, được tối ưu hóa bằng Altair OptiStruct và kết quả được đánh giá bằng Altair HyperView.
1. Giai đoạn-I: Tối ưu hóa kích thước tự do- Trong giai đoạn đầu tiên này, hình dạng và vị trí tối ưu của từng lớp vật liệu tổng hợp đã được xác định bằng cách tạo ra các bản vá lỗi của vật liệu có cùng hướng sợi.
2. Giai đoạn-II: Tối ưu hóa kích thước - Trong giai đoạn tối ưu hóa kích thước ’, độ dày tối ưu của các miếng vá bố vỏ xe (được tạo trong Giai đoạn-I) đã được xác định.
3. Giai đoạn-III: Tối ưu hóa xáo trộn - Giai đoạn ‘xáo trộn cuối cùng đánh giá trình tự sắp xếp có thể có của các lớp tổng hợp và gợi ý thứ tự lý tưởng để đáp ứng các đặc điểm thiết kế mong muốn.
Một số phân tích mô hình được chọn để tối ưu hóa để đảm bảo khung xe đạp sẽ đáp ứng tất cả các tiêu chí bắt buộc. Đối với mỗi tải trọng, một ràng buộc (giá trị giới hạn trên / dưới cho phép) đã được đặt. Đối với các tải trọng độ cứng (chuyển tải xoắn / chuyển tải) là một hạn chế, trong khi đối với các tải trọng cường độ, giá trị giới hạn là của Chỉ số Thất bại, tóm tắt liệu hỗn hợp sẽ thất bại hay không. Các giá trị giới hạn khác nhau và phụ thuộc vào tải trọng mô phỏng. Giá trị giới hạn cho Chỉ số Thất bại được đặt thành 0,7, bao gồm một hệ số an toàn nhất định (khi Chỉ số Thất bại bằng 1, tổng hợp thất bại).
Khung xe đạp mới không có sơn, nhãn dán, khớp kim loại, vv, với khối lượng 590g đã được phát triển. Khung xe đạp sẵn sàng được bán có trọng lượng 700g, giảm 28% so với trọng lượng ban đầu là 980g.
