Desarrollo de guía metodológica y ejemplo de análisis estático y a fatiga de cuadro de bicicleta

Este proyecto se centra en la realización de una guía metodológica para realizar análisis estáticos estructurales, así como análisis dinámicos a fatiga sobre el cuadro de una bicicleta. Si bien el documento se centra en este componente específico de la bicicleta, se hace una investigación completa a cerca de los distintos componentes de esta donde se especifica descripción, funcionamiento, materiales y proceso de fabricación. Del mismo modo, se tratan los distintos materiales empleados en la fabricación de una bicicleta, sus características, propiedades y orientación de uso en función del empleo que le va a dar cada usuario. Posteriormente, se presenta la normativa a seguir para los ciclos y requisitos de seguridad en bicicletas UNE-EN ISO 4210 y soldaduras UNE-EN ISO 9692-3. Al igual que el apartado de componentes y materiales, la normativa adjunta sirve para el análisis de cualquier zona o componente a ensayar de la bicicleta, no exclusivamente del cuadro. Por ello, aunque esta guía metodológica presente como objeto de trabajo un cuadro de bicicleta, puede extrapolarse para la evaluación del resto de componentes. Por otro lado, se incluyen nociones teóricas sobre las bases del método de cálculo por elementos finitos y el fenómeno de fatiga, así como la aplicación de dichas nociones en los softwares de diseño Hyperworks e Hyperlife empleados en el análisis estático y de fatiga, respectivamente. De esta forma, se logra un entendimiento de lo realizado en cada paso de los programas, además de experiencia en el empleo de estos programas CAD, CAM y CAE del paquete Altair. Por último, se aplica una descripción sobre los análisis estáticos y dinámicos realizados sobre el cuadro de una bicicleta. El análisis estático, realizado con Hyperworks, lleva a cabo la simulación del estado de carga de tres ensayos de fatiga especificados en norma: ensayo de fuerza de pedaleo, fuerzas horizontales y fuerza vertical. Una vez se comprueba que dichos estados de carga no superan el límite elástico, a través de la obtención de la tensión crítica de Von Mises, ni las deformaciones exceden la viabilidad de montaje o empleo del vehículo, se acepta la viabilidad del cuadro de estudio desde el punto de vista estructural. Una vez realizado el análisis estático de todos los ensayos, se procede al análisis dinámico de fatiga empleando el programa Hyperlife. Los estados de carga almacenados del análisis estático se importan y se configuran los ciclos de carga, material y método de evaluación del fenómeno de fatiga. La elección de configuración del método de cálculo es fundamental en este punto ya que determina la curva S-N del material y se estimará la vida a fatiga y el daño acumulado de una forma u otra, de ahí la especial importancia de adquirir los conocimientos de fatiga previos en el marco teórico. Los resultados obtenidos sobre el cuadro de bicicleta presentado en este documento reflejan una viabilidad completa de este de acuerdo con los requisitos de ciclos a fatiga establecidos por norma, así como un daño acumulado siempre menor que 1. El cuadro de bicicleta estudiado no es de diseño propio ya que este documento se ha centrado más en la recopilación de conocimientos y aplicación de estos empleando y aprendiendo varios programas de diseño muy recurridos en la industria actual. Sin embargo, previamente a todos los análisis realizados, se incluye un apartado de evaluación de diseño 3D donde se especificarán nociones básicas de evaluación del diseño recibido y mejora de este desde el punto de vista de la fabricación y modelado orientado a la simplificación de cómputo numérico en el cálculo posterior