Beregningene
|
Studentbedriften har hatt som
mål å fullføre første fase mot en fullverdig ramme.
I første fase har bedriften kun konsentrert seg om at første
prototyp skal tåle de belastningene den blir utsatt for. Neste fase
ville være å optimalisere rammen ved å legge på
mer gods der rammen er utsatt for de største belastningene og fjerne
gods der belastningene er lave. Dermed oppnå en ramme hvor spenningene
er like store over hele rammen og sikkerhetsfaktoren mot brudd er lik og
innenfor en akseptabel grense. Siste fase ville være å endre
på rørprofilene for å få optimal stivet, kanskje
kunne velge profiler som letter vekten på rammen og velge rør
som går litt i bue for å lage en dempende effekt i de mest belastede
rørene.
Det er tre forskjellige måter en rytter fordeler
sin vekt utover rammen på. Rytteren kan sitte på setet, rytteren
kan sitte på setet og holde armene på styret eller rytteren
kan stå og trå ved å overføre nesten all vekt
via pedalene. Det er de tre belastningssiutasjonene det er tatt høyde
for. Da studentbedriften begynte å beregne rammen ble knutepunktmetoden anvendt. Knutepunktmetoden er en metode hvor man beregner seg fra knutepunkt til knutepunkt. Et knutepunkt er der hvor rørene treffer hverandre. Dette er en klassisk metode som har blitt brukt i lengre tid. Svakheten med denne metoden er at vi kun får en verdi for et helt rør. Studentbedriften har senere begynt å bruke elementmetoden.
Dette er en mye bedre metode som ikke er stort mer enn femti år
gammel. Metoden lar seg ikke regne for hånd. Hvis man har en konstruksjon
med så få som tre elementer, så kan man få en
systemmatrise som er tolv ganger tolv, altså tolv ligninger som
må løses. Rammen som studentbedriften beregnet hadde over
trettitusen elementer. Man er helt avhengig av dataverktøy for
å anvende elementmetoden. Cosmos Works ble anvendt for beregningsjobben.
Modellen som ble tegnet i Solid Works tas over i Cosmos Works. Her defineres
elementstørrelse, programmet deler selv opp rammen i den definerte
elementstørrelsen. Store elementer gjør utregningsjobben
lettere for maskinen, mens små elementer gjør utregningsjobben
tung og tar lang tid. Derfor startes det med store elementer og det velges
mindre og mindre elementer til resultatet stabiliserer seg.
|
||||||||||||||
Cosmos Works
|
||||||||||||||
Cosmos Works gir en grafisk fremstilling av spenninger, forflytning eller sikkerhetsfaktor. Det er opptil konstruktøren å studere det han vil. Bildet under viser den grafiske fremstillingen av beregningene. | ||||||||||||||
Studentbedriften har kun konsentrert
seg om første fase av konstruksjon av en sykkelramme. Dermed er kun
ekstremverdiene de interessante. Ekstremverdien kommer opp på listen
til høyere for rammen på forrige bilde. Det er viktig at sikkerhetsfaktoren
er så høy at ikke rammen blir ødelagt av vanlig bruk.
I Cosmos Works kan man studere hvert enkelt element. I tabellen under er det tatt ut viktige verdier for rammen. |
||||||||||||||
|
||||||||||||||
Det som er interessant er laveste sikkerhetsfaktor. Denne er 3.442 og oppstår når rytteren legger all sin vekt på setet. En sikkerhetsfaktor på over tre er godkjent for studentbedriften. Det vil si at en rytter på over 360 kilogram kan sitte på sykkelen før rammen ødelegges. 3.442 er den absolutt laveste sikkerhetsfaktoren i rammen. Cosmos Works er et så fintfølende program at kun ett element alene gir den laveste verdien. Konstruksjonen ellers kan ha høy sikkerhetsfaktor. Laveste verdi av sikkerhetsfaktor må tas hensyn til ved konstruering, men gjennomsnittsverdien for hele konstruksjonen er mer interessant. Tabell 1 viser at gjennomsnittlig sikkerhetsfaktor for rammen ved belastningssiutasjon 1 er hele 41.166. Det viser at i fase to mot en fullverdig konstruksjon så er det store muligheter for å slanke bort gods. Man må være forsiktig ved en slik prosess. Det er viktig å ikke fjerne gods der sikkerhetsfaktoren allerede er lav, heller legge på gods i de mest utsatte områdene. Nå som veggtykkelsen er lik gjennom rørene så gir resultatene en god indikasjon på hvor rammen er mest utsatt. | ||||||||||||||
Studentbedriften hadde et minstekrav til sikkerhetsfaktor på 3 før prototypen kunne bygges. Dette kriteriet er oppfylt. | ||||||||||||||