Теория велосипедного колеса. (Страница 103 из 116)

Нупонял, да? Интересно получить соотношение в таких моделях, с учётом и формы, и материала.

Но для корректности, нужно поточнее изобразить, толщины учесть и всё такое. 

Алю швеллер, второй — без полостей, не нужен, я думаю — их же нет таких 

EndoSteel, Вы претендуете на научное открытие. По современным представлениям спицы на сжатие в велосипедном колесе не нагружаются. Тем более почти на половине окружности. Разгружены несколько спиц в месте контакта с дорогой только.

EndoSteel, Где "там"? Вы создали новую мат. модель колеса? В тех моделях, что встречались мне, никакого градиента и полной разгрузки не было. Разгружаются спицы частично, они всё равно остаются натянутыми.

Про самого не знаю, но коллега хорошо понимает устройство и работу спицевого набора

Горячие парни

++

Но с поправкой:

И то, смотря как натянуть.

Если колесо будет так набрано спицами, что в какой-то фазе вращения, половина из них полностью разгружаются, это колесо сложится

Но вот да, действуем постепенно, плавно усложняя колдунские  задачи коллеге Sozeenov

Бачу, що пан Sozeenov вирішив застосувати метод скінченних елементів (МСЕ) для розрахунків роботи велосипедного колеса. Дуже схвально!

Але це не тільки цікавий, а й нелегкий проєкт, який потребує ретельного планування.

Коли моделюється будь-який об'єкт, який під навантаженням деформується, потрібно пройти такі етапи:

1. Сформулювати мету, задачу-мінімум та перспективи розвитку.
2. Визначитися з математичною моделлю.
3. Створити розрахункову модель (схему).
4. Зібрати вихідну інформацію про об'єкт моделювання.
5. Визначитися з програмним забезпеченням та потрібними/наявними характеристиками технічного забезпечення (ЕОМ).
6. Створити геометричну модель.
7. Створити скінченно-елементну модель (СЕМ).
8. Внести у СЕМ початкові та граничні умови.
9. Провести розрахунки.
10. Провести аналіз результатів та, при необхідності, скорегувати модель, провести нові розрахунки.
11. Провести документування результатів.

Коротко розглянемо ці пункти.
П.1.
Я так розумію, що громаду цікавлять питання так званого накату, а це напряму залежить від багатьох факторів, серед яких є і зовнішні, і внутрішні. Є сенс спочатку розглядати тільки внутрішні. А саме: геометричні параметри складових, механічні характеристики матеріалів, характер навантаження. Результати: переміщення, деформації, напруження.

П.2.
Велосипедне колесо можна доволі точно моделювати як вузол, складений з таких частин: втулка, спиці, обод, шина, камера.
Втулку можна вважати абсолютно жорстким тілом, але відкидати її небажано, оскільки все одно потрібно буде моделювати положення та взаємозв'язки між спицями, прикладати через спиці частку навантаження.
Спицю з ніпелем можна вважати суцільною металевою конструкцією.
Обод — металевий, складного перерізу. Отвором під ніпель камери спочатку можна знехтувати. Отвори під спиці бажано змоделювати відразу, оскільки у подальшому скоріше за все питання про напружено-деформований стан (НДС) біля цих отворів виникне.
Шину та камеру можна моделювати як однорідні гумові маси.

Матеріали всіх частин (спиці, обод, шина та камера) моделюються як пружні ізотропні, деформації — тільки пружні невеликі (потім можна легко ввести умову великих пружних переміщень/деформацій).
Всі частини працюють у контактній взаємодії.
Об'єкт тривимірний.
Поверхню кочення можна змоделювати як жорстко закріплену пластину.

Додатково ще потрібно мати коєфіцієнти тертя гума-сталь/алюміній, гума-гума, гума-поверхня кочення.

Отже, крайова задача є тривимірною, контактною, з ізотропними пружними матеріалами. Спочатку отримати розв'язок для статики, потім можна вводити переміщення втулки у напрямку руху велосипеда.

Пояснення: крайова задача — система математичних рівнянь, яка має хоча б один розв'язок.

П.3.

Є таке поняття: симетрія. У велосипедному колесі є майже симетрія відносно повздовжної площини, яка перпендикулярна осі обертання. Деякий дисбаланс вносять спиці. У перших розрахунках можна вважати, що така симетрія є, і це фактично у два рази зменшить потребу в операційній пам'яті комп'ютера.

Є таке поняття: циклічна симетрія. У велосипедному колесі:
— є геометрична циклічна симетрія відносно осі обертання: сектор з 4-ма спицями;
— є матеріальна циклічна симетрія цього сектору;
— немає циклічної симетрії за умов навантаження.
Отже, повної циклічної симетрії немає, тому конструкцію колеса потрібно моделювати на всіх 360 градусах.

П.4.
Наявна інформація обмежена, потрібні додаткові пошуки.

П.5.
Такі задачі розв'язуються значною кількістю сучасних програмних комплексів: ANSYS, NASTRAN, ABAQUS, META, HYPER, NX, тощо.
Персональна ЕОМ потрібна хоча би з 64 Гбт операційної пам'яті.

Пункти 6 та подальші можна починати реалізувати тільки після виконання п.4, причому не "взагалі", а з конкретними цифрами, особливо — геометричними, оскільки жорсткість велосипедного колеса відносно мала, а переробка СЕМ зазвичай потребує багато часу.

P.S. Я на таку задачу поглядав давно, але для мого зору це вже завелике навантаження.

Sedoy-K, Первым делом нужно дать определения, например понятию "накат", чтобы говорить языком науки и техники, вторым нужно провести научный поиск и узнать не проделал ли кто-то уже нужные нам исследования. И воспользоваться результатами, а самому исследовать, только при отрицательных результатах поиска. Я так считаю.

А результаты есть. И Брандт, например, пишет, что задача сводится к двумерной, что облегчает.

Maeror
Ну, как я и предполагал, ваше выступление можно свести к классическому "как правильно я не знаю, но у вас неправильно". А к людям, которые критикуют, но ничего не предлагают, я отношусь без симпатии, уж не обессудьте.

Про себя могу честно сказать что я имею ограниченные способности к точным наукам, но при этом хороший жопомер и развитую годами общения с разными железками техническую интуицию. Единственный расчет колеса что я видел (еще дореволюционный) дает вот такую (гипертрофированную) картину напряжений. 

Такую форму ободу хочется принять под нагрузкой. Мне этого достаточно т.к. это совпадает с тем что говорит мой жопомер, а именно — что обод таки деформируется и участвует в демпфировании неровностей. В какой области — понятно из расчета. На каком секторе — это отдельный вопрос, который нам и предстоит выяснить.

Сенсорные системы человека не говорят на языке науки и техники, увы.

Sedoy-K,
Лично мне интересен накат не на условном стекле (тут, по моим ощущениям, влияние обода незначительно \ неощутимо), а на грубом асфальте. Если остальные элементы колеса сделать жесткими (спицовка солнышком и 9 очков в шине), можно убедиться что именно мягкий обод позволяет колесу продолжать гладко катиться.