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FORQUETA DE BICICLETA RockShox 30 Gold

Trabalho de Projeto

<<IMAGEM>>

FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO Mestrado Integrado em Engenharia Industrial e Gestão

Iniciação ao Projeto I (EIG0037)

TURMA 4MIEIG1 / GRUPO 6 Hermano Emanuel Rodrigues Maia (201208235)

João Pedro Reis Pinho Correia dos Santos (201202870)

DOCENTES Carlos Manuel de Sousa Moreira da Silva

Joaquim Oliveira Fonseca

PORTO, 6 DE JUNHO DE 2016

Trabalho de projeto Forqueta de Bicicleta

- i -

Sumário Executivo

O presente trabalho é desenvolvido no âmbito da unidade curricular de Iniciação ao

Projeto I do 4.º ano do ciclo de estudos integrado conducente ao grau de Mestre em

Engenharia Industrial e Gestão da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e

visa a avaliação da integridade estrutural de uma forqueta de bicicleta de montanha

(RockShox 30 Gold) com recurso a modelos de elementos finitos.

O trabalho foi realizado sob orientação dos docentes da unidade curricular, Prof.

Carlos Moreira da Silva e Prof. Joaquim Oliveira Fonseca, e com recurso ao software

SOLIDWORKS (versão 2016, com add-in “Simulation”).

O trabalho contempla a geração de sólidos e superfícies complexas em software de

desenvolvimento de produto e a análise de forças e tensões, relacionando-as com as

formas definidas (incluindo espessura e dimensão) e os materiais selecionados.

O dimensionamento da forqueta efetuou-se com base nas características estabelecidas

para a mola helicoidal e os estudos realizados (estático, fadiga e impacto) estão

suportados na norma europeia EN 14766.

Os resultados obtidos são satisfatórios, comprovando a integridade estrutural da

forqueta: por um lado, no estudo estático, a tensão (von Mises) máxima observada é

inferior às tensões limite dos materiais e o FOS mínimo (2,8198) é largamente superior a

1; por outro lado, no estudo de fadiga, concluiu-se que a vida da forqueta é infinita nas

condições testadas, estando o displacement observado dentro dos limites estabelecidos na

norma EN 14766.

Note-se, ainda, que o software não permite realizar um estudo de impacto de uma

massa sobre a forqueta, motivo pelo qual a alternativa adotada implicou um design study,

tendo-se concluído que, para uma força de intensidade entre os 4000 e os 4500 N, o FOS

passa a apresentar valores inferiores à unidade.


- ii -

Índice

1. Introdução ........................................................................................................... 1

2. Componentes estruturais da forqueta .................................................................. 2

3. Dimensionamento e especificações .................................................................... 3

Dimensionamento da mola ......................................................................... 3

Bases teóricas ...................................................................................... 3

Cálculo ................................................................................................ 3

Dimensionamento da forqueta .................................................................... 4

4. Estudos realizados ............................................................................................... 5

Estudo estático ............................................................................................ 5

Resultados ........................................................................................... 6

Estudo de fadiga ......................................................................................... 8

Pré-estudo estático............................................................................... 8

Curvas S-N .......................................................................................... 8

Resultados ......................................................................................... 10

Estudo de impacto .................................................................................... 12

5. Conclusões e trabalhos futuros ......................................................................... 13

Bibliografia ................................................................................................................ 14

Anexos ....................................................................................................................... 15

Anexo I – Resultados Estudo Estático .................................................................. 15

Anexo II – Resultados Pré-estudo Estático ........................................................... 27

Anexo III – Resultados Estudo Fadiga .................................................................. 39

Anexo IV – Resultados Estudo Impacto ............................................................... 48

Anexo V – Desenho 2D ........................................................................................ 53

Anexo VI – Vista explodida .................................................................................. 54


- iii -

Índice de Tabelas

Tabela 1. Resultados do estudo estático ..................................................................... 6

Tabela 2. Resultados do estudo de fadiga ................................................................. 10

Tabela 3. Iterações do design study .......................................................................... 12

Índice de Figuras

Figura 1. Elementos da forqueta ................................................................................. 2

Figura 2. Esquema do deslocamento da mola ............................................................. 4

Figura 3. Esquema do estudo estático ......................................................................... 5

Figura 4. Representação no SOLIDWORKS do estudo estático ................................ 5

Figura 5. Esquema da malha utilizada ........................................................................ 6

Figura 6. Distribuição da tensão (von Mises) ............................................................. 7

Figura 7. Distribuição do FOS .................................................................................... 7

Figura 8. Esquema do estudo de fadiga ...................................................................... 8

Figura 9. Curva S-N do magnésio .............................................................................. 9

Figura 10. Curva S-N do aço 14NiCrMo13-4 ............................................................ 9

Figura 11. Mensagem do software no estudo de fadiga ........................................... 10

Figura 12. Distribuição do load factor ...................................................................... 11

Índice de Equações

Equação 1. Lei de Hooke ............................................................................................ 3

Equação 2. Teorema de Castigliano ........................................................................... 3

Equação 3. Cálculo da constante k ............................................................................. 3

Equação 4. Cálculo efetivo do número de espiras da mola ........................................ 3

Equação 5. Força máxima ........................................................................................... 4

Equação 6. Aplicação da Lei de Hooke ...................................................................... 4

Equação 7. Cálculo de l0 ............................................................................................. 4


- 1 -

1. Introdução

O presente relatório constitui o documento final decorrente do trabalho de projeto

desenvolvido no âmbito da unidade curricular de Iniciação ao Projeto I do 4.º ano do ciclo

de estudos integrado conducente ao grau de Mestre em Engenharia Industrial e Gestão da

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e visa a avaliação da integridade

estrutural de uma forqueta de bicicleta com recurso a modelos de elementos finitos.

O trabalho contempla (i) a geração de sólidos e superfícies complexas em software de

desenvolvimento de produto – in casu, no SOLIDWORKS 2016 – e (ii) a análise de forças

e tensões, relacionando-as com as formas definidas (incluindo espessura e dimensão) e

os materiais selecionados.

Após adoção da forqueta RockShox 30 Gold (adequada para bicicletas de montanha)

como modelo-base do projeto, procedeu-se à definição das características da mola

helicoidal que, por sua vez, determinará o dimensionamento da forqueta. Posteriormente,

foram selecionados os materiais e, com recurso ao software supra referido, modelou-se a

forqueta.

Com base no estado da arte vertido, particularmente, na norma EN 14766, realizaram-

-se estudos estáticos, de fadiga e de impacto, procedendo-se, ulteriormente, a uma análise

crítica dos mesmos.

Os relatórios gerados automaticamente pelo software, um desenho 2D do conjunto e

uma vista explodida são apresentados no final do presente documento, como Anexos.

.


- 2 -

2. Componentes estruturais da forqueta

Simplificadamente, pode dizer-se que a forqueta estabelece a ligação entre a roda da

frente e o quadro da bicicleta. Na Figura 1, encontra-se uma representação esquemática

da forqueta, estando os respetivos elementos devidamente legendados.

Figura 1. Elementos da forqueta

Para o slider e o fork brace o material selecionado foi o magnésio AZ61 (yield

strength de 198 MPa) e para os restantes elementos o aço 14NiCrMo13-4 (yield strength

de 786 MPa). O material da mola é referido na secção seguinte.

9

7

1

2

3

4

5

8

Legenda:

1 – slider

2 – stanchion

3 – crown (coroa)

4 – steerer (tubo superior)

5 – tubo inferior

6 – fork brace

7 – tampa

8 – mola

9 – batente

10 - vedante

6

7

10

7


- 3 -

3. Dimensionamento e especificações

Dimensionamento da mola

Bases teóricas

Para molas helicoidais, em regime elástico, aplica-se a Lei de Hooke e é válida a

relação:

𝐹 = 𝑘 ∙ ∆

Equação 1. Lei de Hooke

A deformação da mola, ∆, pode ser calculada através do Teorema de Castigliano,

obtendo-se:

∆ = 𝐹

𝑘≈

8 ∙ 𝐹 ∙ 𝐷3 ∙ 𝑛𝑎

𝐺 ∙ 𝑑4

Equação 2. Teorema de Castigliano

e a constante elástica da mola, k, será assim dada pela expressão:

𝑘 = 𝐹

∆ ≈

𝑑4 ∙ 𝐺

8 ∙ 𝐷3 ∙ 𝑛𝑎

Equação 3. Cálculo da constante k

Em que G é o módulo de elasticidade transversal do material da mola, 𝑛𝑎 é o número

de espiras ativas ou úteis da mola, D e d são, respetivamente, o diâmetro médio do

enrolamento e o diâmetro do arame. O número de espiras ativas é igual ao número total

de espiras nt menos o número de espiras terminais n* que efetivamente não contribuem

para a deformação da mola:

𝑛𝑎 = 𝑛𝑡 − 𝑛∗

Equação 4. Cálculo efetivo do número de espiras da mola

Note-se que o valor de n* depende do tipo de acabamento das extremidades da mola

helicoidal.

Cálculo

Numa bicicleta, um peso de 80 kg (ou seja, uma força de, aproximadamente, 800 N)

origina uma deformação de ∆ = 30 mm. A partir desta relação, obteve-se o valor para a

constante elástica da mola k = 26.667,67 N/mm.

Seguidamente, definiu-se a Liga AISI 304 (aço inoxidável austenítico) como o

material da mola, sendo que aquela apresenta as seguintes propriedades: Módulo de


- 4 -

Young 𝐸 = 193 GPa e Coeficiente de Poisson 𝜈 ≅ 0,3. Assim, o módulo de elasticidade

transversal será 𝐺 = 193 × 0,3 = 57,9 GPa.

Posteriormente, arbitrou-se um valor de 20 espiras ativas e estabeleceu-se que o

diâmetro da mola é de 5 mm. Recorrendo ao teorema de Castigliano, foi possível concluir

que o diâmetro médio deve ser de 20,4 mm e, consequentemente, os diâmetros externo e

interno serão de 25,4 mm e 15,4 mm.

Dimensionamento da forqueta

O travel da forqueta toma tipicamente os seguintes valores: 80, 100 ou 120 mm. Para

este projeto, considerou-se o valor intermédio (100 mm).

Impondo que

𝐹𝑚𝑎𝑥 <3

4𝐹𝑠𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎

Equação 5. Força máxima

e considerando a Lei de Hooke, vem:

∆𝑥𝑚𝑎𝑥 <3

4∆𝑥𝑠𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎 ⇔ ∆𝑥𝑠𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎 >

4

3∆𝑥𝑚𝑎𝑥

Equação 6. Aplicação da Lei de Hooke

E, por conseguinte,

ℓ0 = ∆𝑥𝑠𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎 + ℓ𝑠𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎 =4

3∆𝑥𝑚𝑎𝑥 + ℓ𝑠𝑒𝑙𝑎𝑑𝑎 =

4

3∆𝑥𝑚𝑎𝑥 + 𝑛𝑎 × 𝜃mola

Equação 7. Cálculo de l0

Sendo ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 = travel + ∆ = 100 + 30 = 130 mm, 𝑛𝑎 = 20 espiras e θmola =

5 mm, então:

ℓ0 = 273,33 mm

Figura 2. Esquema do deslocamento da mola


- 5 -

4. Estudos realizados

Os estudos terão em conta a norma “The European Standard EN 14766: Mountain

bicycles – safety requirements and test methods” e a sua simulação é realizada com

recurso ao add-in “Simulation” do software SOLIDWORKS 2016. A simulação ignorará

a mola, o batente, o vedante e as tampas.

Estudo estático

A Figura 3 apresenta o esquema da Norma EN 14766 a considerar no estudo estático.

Figura 3. Esquema do estudo estático

Recorrendo às funcionalidades do software referido, aplicou-se a condição Fixed

Geometry ao tubo superior, com a finalidade de este não rodar nem transladar em

nenhuma direção. A funcionalidade Force foi utilizada para simular a aplicação de uma

força de 1500 N num referencial com origem no ponto médio do eixo do tubo inferior e

com direção normal ao plano que contém o tubo superior, conforme ilustra a Figura 4.

Figura 4. Representação no SOLIDWORKS do estudo estático

1 - Loading attachment to swivel on axle 2 - Deflection measuring device 3 - Rigid mount incorporating head bearings


- 6 -

A discretização teve por base uma malha fina com o objetivo de o software conseguir

malhar com maior precisão os pontos de transição entre as peças. Foram testados diversos

tipos de malha: curvature based, blended curvature based (disponível apenas na versão

2016 do software) e standard mesh. Na Figura 5, apresenta-se uma representação da

malha do tipo standard mesh.

Figura 5. Esquema da malha utilizada

Resultados

Na Tabela 1, apresentam-se os valores dos principais indicadores que compõem os

resultados do estudo estático para cada método de discretização testado.

Tabela 1. Resultados do estudo estático

Curvature based

Blended

curvature based

Standard

mesh

Tensão (von Mises) máxima [MPa] 170 181 191

Displacement máximo [mm] 5,530 5,447 5,494

FOS mínimo 3,3099 3,1816 2,8198

Atente-se nos resultados obtidos para a standard mesh, a qual registou maior valor

máximo de tensão e menor FOS mínimo. De acordo com o critério de falha de von Mises,

a tensão máxima é de 191 MPa. Sendo este valor inferior às tensões de cedência (yield

strength) dos materiais do modelo, conclui-se que a forqueta é segura.

Tal conclusão é reforçada pelos seguintes factos:

O displacement (deslocamento) máximo é de 5,5 mm, não ultrapassando,

então, a referência estabelecida na Norma EN14766 (10 mm para forquetas de

suspensão);


- 7 -

O factor of safety (FOS) mínimo é de 2,8198. Sendo superior a 1, pode

admitir-se que a forqueta resiste à solicitação em estudo.

A distribuição das tensões e a distribuição do FOS são ilustradas, respetivamente, na

Figura 6 e na Figura 7. A não coincidência do ponto de tensão máxima e do ponto de FOS

mínimo deve-se à discrepância existente ao nível das tensões limite dos diferentes

materiais (magnésio e aço 14NiCrMo13-4).

Figura 6. Distribuição da tensão (von Mises)

Figura 7. Distribuição do FOS


- 8 -

Estudo de fadiga

A Figura 8 apresenta o esquema da Norma EN 14766 a considerar no estudo de fadiga.

Pretende-se simular a aplicação de uma carga totalmente reversível (R = -1) com uma

intensidade de 650 N, como ilustrado no esquema.

O número de ciclos em estudo é 100.000 e o estudo é realizado a amplitude constante,

sendo que a Norma EN 14766 recomenda uma frequência de ensaio igual ou inferior a 25

Hz.

Figura 8. Esquema do estudo de fadiga

Pré-estudo estático

Inicialmente, procedeu-se à realização de um pré-estudo estático com as mesmas

especificações do mencionado anteriormente, tendo sido apenas modificada a intensidade

da força aplicada para 650 N.

A realização deste pré-estudo justifica-se pela necessidade do software basear o

evento de fadiga num estudo prévio que permita definir as tensões alternadas aplicáveis.

Curvas S-N

Supondo que, para uma certa solicitação S1 ocorre rotura por fadiga para um número

de ciclos N1, e para uma solicitação S2 ocorre em N2 ciclos, e assim sucessivamente, pode-

-se construir a curva S-N, com a tensão no eixo das ordenadas e o número de ciclos no

eixo das abscissas.

Para a realização do teste de fadiga é necessário conhecer, para todos os materiais, as

respetivas curvas S-N.

1 - Deflection measuring device 2 - Rigid mount incorporating head bearings


- 9 -

Para o magnésio, procedeu-se à identificação e posterior introdução manual no

software de 6 pontos da curva S-N, como documenta a Figura 9 (eixos em escala linear).

Figura 9. Curva S-N do magnésio

Para o aço 14NiCrMo13-4, os valores foram obtidos diretamente por interpolação

linear no software. A curva encontra-se representada na Figura 10 (eixos em escala

logarítmica).

Figura 10. Curva S-N do aço 14NiCrMo13-4

155

160

165

170

175

180

185

190

0 200 000 400 000 600 000 800 000 1 000 000

Alt

ern

ati

ng

Str

ess

[MP

a]

N.º de ciclos

Curva S-N do magnésio (R=0,1)


- 10 -

Resultados

Quando se efetuou o teste de fadiga no software, este emitiu uma mensagem

automática, conforme Figura 11, indicando que as tensões alternadas em todos os nodos

do modelo são inferiores ao mínimo da curva S-N e, portanto, não ocorre rotura por

fadiga.

Figura 11. Mensagem do software no estudo de fadiga

Na Tabela 2, encontra-se um quadro resumo dos valores obtidos para os indicadores

relevantes na análise de fadiga:

Tabela 2. Resultados do estudo de fadiga

Mínimo Máximo

Life [n.º de ciclos] 106 106

Damage [%] 10 10

Load factor 3,3550 9,9477 × 107

Sabendo que a amplitude é constante, a vida (life) representa o número de ciclos que

causam rotura por fadiga num determinado local, podendo ser interpretada como o

majorante do número máximo de ciclos que a forqueta pode suportar.

In casu, o resultado do estudo demonstrou que em todos os nodos a vida é de 106

ciclos (vida infinita), pelo que, sendo inferior ao número de ciclos em estudo (105), se

conclui pela segurança da forqueta.

Tal conclusão é reforçada pelos seguintes resultados:

A percentagem de danos (damage), que representa a vida consumida pelos

eventos de fadiga, é 10 (105/106) para todos os nodos, logo, sendo inferior a

100, pode admitir-se que a forqueta suporta a carga considerada no estudo;

O load factor (fator de segurança) varia entre 3,3550 e 9,9477 × 107

(conforme distribuição ilustrada na Figura 12), pelo que, sendo o mínimo


- 11 -

(3,355), que se regista em local próximo da junção do stanchion com a coroa,

inferior ao valor de referência (1) se admite que a forqueta é segura. Por outro

lado, conclui-se que a aplicação de uma carga igual ou superior a 3,3550 ×

650 = 2180,75 N implicaria a falha da forqueta.

Figura 12. Distribuição do load factor


- 12 -

Estudo de impacto

O ensaio de uma forqueta sujeita a uma carga de impacto conduz necessariamente a

um ensaio destrutivo, no qual se admite uma deformação máxima nominal de 45 mm.

Nestas condições e tendo em conta que a versão utilizada do SOLIDWORKS não

contempla o cálculo de natureza plástica, apenas se pode concluir que nas condições do

ensaio a peça necessariamente falhará. Portanto, este ensaio só permite determinar se,

efetivamente, a peça ultrapassou o limite elástico ou de cedência.

A metodologia adotada para contornar o facto do software não permitir realizar um

estudo de impacto de uma massa sobre a forqueta implicou o recurso a um design study,

através do qual se procurou mensurar a intensidade a partir da qual a forqueta falha (FOS

inferior a 1), registando-se o respetivo valor de displacement. Foram, então, sucessiva e

crescentemente, arbitrados valores para a intensidade da força.

Como consta da Tabela 3, para uma intensidade de força entre os 4000 e 4500 N, o

FOS passa a ser inferior a 1. O requisito da norma é cumprido, uma vez que para esse

intervalo o displacement é inferior a 45 mm, concluindo-se pelo não sobredimen-

sionamento da forqueta.

Tabela 3. Iterações do design study

Força [N] 4000 4250 4500

FOS mínimo 1,059104 0,996860 0,941526

Displacement [mm] 14,60887 15,52034 16,4318


- 13 -

5. Conclusões e trabalhos futuros

O presente trabalho revelou-se um exercício muito interessante, na medida em que

permitiu colocar em prática conhecimentos prévios adquiridos nas unidades curriculares

de Desenho Industrial, Processos de Fabrico, Mecânica I, Mecânica II, Conceção e

Fabrico Assistido por Computador, Mecânica dos Sólidos e Estruturas e Órgãos de

Máquinas, resultando, por isso, numa abordagem multidisciplinar.

As principais dificuldades advieram da aplicação dos estudos no software (add-in

“Simulation” do SOLIDWORKS 2016) sobretudo no que concerne à aplicação da

discretização em zonas de transição e ao elevado tempo de cálculo exigido.

Todavia, crê-se que os resultados obtidos são satisfatórios, tendo-se comprovado a

integridade estrutural da forqueta: por um lado, no estudo estático, a tensão (von Mises)

máxima observada é inferior às tensões limite dos materiais e o FOS mínimo (2,8198) é

largamente superior a 1; por outro lado, no estudo de fadiga, concluiu-se que a vida da

forqueta é infinita nas condições testadas, estando o displacement observado dentro dos

limites estabelecidos na norma EN 14766.

Note-se, ainda, que o software não permite realizar um estudo de impacto de uma

massa sobre a forqueta, motivo pelo qual a alternativa adotada implicou um design study,

tendo-se concluído que para uma força de intensidade entre os 4000 e os 4500 N o FOS

passa a apresentar valores inferiores à unidade.

Finalmente, enquanto trabalhos futuros, destaca-se a pertinência de uma otimização

mais aprofundada dos materiais constituintes da forqueta, algo que, face ao elevado tempo

de cálculo do software, não foi possível realizar.


- 14 -

Bibliografia

Behance. https://www.behance.net/gallery/30616743/The-Bicycle-Project. Acedido a

11 de abril de 2016.

CEN – European Committee for Standardization. 2006. “European Standard EN

14766: Mountain-bicycles - Safety requirements and test methods”.

Cycle Gremlin. http://www.bike.bikegremlin.com/2015/12/02/bicycle-fork/. Acedido

a 11 de abril de 2016.

Dassault Systèmes SolidWorks. http://help.solidworks.com/. Acedido a 2 de maio de

2016.

Friedrich, Horst et al. 2006. “Magnesium Technology: Metallurgy, Design Data,

Applications”. Springer Science & Business Media.

Silva, Carlos. 2016. “Apontamentos da unidade curricular Iniciação ao Projeto I”.

FEUP.

SRAM. https://www.sram.com/rockshox/products/30-gold-tk. Acedido a 11 de abril

de 2016.

Whafi. http://whafi.com/bike-maintenance/how-suspension-parts-fit-together. Acedi-

do a 11 de abril de 2016.

Trabalho de projeto Anexo I Forqueta de Bicicleta

- 15 -

Simulation of RockShox 30 Gold Date: 2 de junho de 2016 Designer: João Santos / Hermano Maia Study name: Estatico Analysis type: Static

Table of Contents Description .......................................... 15

Assumptions ........................................ 16

Model Information ................................. 16

Study Properties ................................... 18

Units ................................................. 18

Material Properties ................................ 19

Loads and Fixtures................................. 20

Connector Definitions ............................. 20

Contact Information ............................... 21

Mesh information .................................. 22

Sensor Details ...................................... 23

Resultant Forces ................................... 23

Beams ................................................ 23

Study Results ....................................... 24

Description No Data


- 16 -

Assumptions

Original Model

Model Analyzed

Model Information

Model name: RockShox 30 Gold Current Configuration: Default

Solid Bodies

Document Name and Reference

Treated As Volumetric Properties Document Path/Date

Modified

Fillet3

Solid Body

Mass:1.29684 kg Volume:0.000166261 m^3

Density:7800 kg/m^3 Weight:12.709 N

C:\Users\Joao Santos\Google

Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo

6\Atual\current-2-recu\Coroa.SLDPRT Jun 02 20:26:44 2016


- 17 -

Cut-Extrude7

Solid Body

Mass:0.719744 kg Volume:0.000423379 m^3




6\Atual\current-2-recu\Forqueta_inferior2.

SLDPRT Jun 02 20:26:41 2016

Boss-Extrude2

Solid Body

Mass:0.32307 kg Volume:4.14192e-005 m^3




6\Atual\current-2-recu\Tampa.SLDPRT Jun 02 20:26:43 2016

Boss-Extrude2

Solid Body

Mass:0.32307 kg Volume:4.14192e-005 m^3





Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.417144 kg Volume:5.348e-005 m^3




6\Atual\current-2-recu\Tubo_Ext.sldprt Jun 02 20:26:42 2016

Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.849225 kg Volume:0.000108875 m^3




6\Atual\current-2-recu\Tubo_superior.SLDP

RT Jun 02 20:26:42 2016

Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.849225 kg Volume:0.000108875 m^3





RT Jun 02 20:26:42 2016


- 18 -

Study Properties Study name Estatico

Analysis type Static

Mesh type Mixed Mesh

Thermal Effect: On

Thermal option Include temperature loads

Zero strain temperature 298 Kelvin

Include fluid pressure effects from SOLIDWORKS Flow Simulation

Off

Solver type Automatic

Inplane Effect: Off

Soft Spring: Off

Inertial Relief: Off

Incompatible bonding options Automatic

Large displacement Off

Compute free body forces Off

Friction Off

Use Adaptive Method: Off

Result folder SOLIDWORKS document (C:\Users\Joao Santos\Desktop\Solidworks Results)

Units Unit system: SI (MKS)

Length/Displacement mm

Temperature Kelvin

Angular velocity Rad/sec

Pressure/Stress N/m^2


- 19 -

Material Properties

Model Reference Properties Components

Name: 1.6657 (14NiCrMo13-4) Model type: Linear Elastic Isotropic

Default failure criterion:

Max von Mises Stress

Yield strength: 7.85594e+008 N/m^2 Tensile strength: 1.10083e+009 N/m^2 Elastic modulus: 2.1e+011 N/m^2

Poisson's ratio: 0.28 Mass density: 7800 kg/m^3

Shear modulus: 7.9e+010 N/m^2 Thermal expansion

coefficient: 1.1e-005 /Kelvin

SolidBody 1(Boss-Extrude2)(Tampa-1), SolidBody 1(Boss-Extrude2)(Tampa-2), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_Ext-1), SolidBody 2(Boss-Extrude1)(Tubo_superior-1), SolidBody 2(Boss-Extrude1)(Tubo_superior-2)

Curve Data:N/A

Name: Magnesio Model type: Linear Elastic Isotropic



Yield strength: 1.98e+008 N/m^2 Tensile strength: 3.18e+008 N/m^2

Compressive strength:

3.18e+008 N/m^2

Elastic modulus: 4.5e+010 N/m^2 Poisson's ratio: 0.35

Mass density: 1700 kg/m^3 Shear modulus: 1.7e+010 N/m^2

Thermal expansion coefficient:

2.5e-005 /Kelvin

SolidBody 1(Cut-Extrude7)(Forqueta_inferior2-1)

Curve Data:N/A

Name: 1060 Alloy Model type: Linear Elastic Isotropic







SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Veio-1)

Curve Data:N/A

Name: AISI 304 Model type: Linear Elastic Isotropic


Unknown





<Material_ComponentList1/>

Curve Data:N/A


- 20 -

Loads and Fixtures

Fixture name Fixture Image Fixture Details

Fixed-1

Entities: 1 face(s) Type: Fixed Geometry

Resultant Forces Components X Y Z Resultant

Reaction force(N) 0.00281247 -1548.21 -0.00179584 1548.21

Reaction Moment(N.m) 0 0 0 1e-033

Load name Load Image Load Details

Gravity-1

Reference: Top Plane Values: 0 0 9.81

Units: SI

Force-5

Entities: 1 face(s), 1 plane(s) Reference: Front Plane

Type: Apply force Values: ---, 1500, --- N

Moments: ---, ---, --- N.m

Connector Definitions No Data


- 21 -

Contact Information

Contact Contact Image Contact Properties

Global Contact

Type: Bonded Components: 1 component(s)

Options: Incompatible mesh


- 22 -

Mesh information Mesh type Mixed Mesh

Mesher Used: Standard mesh

Automatic Transition: Off

Include Mesh Auto Loops: Off

Jacobian points 4 Points

Jacobian check for shell On

Element Size 6.89317 mm

Tolerance 0.344658 mm

Mesh Quality High

Remesh failed parts with incompatible mesh Off

Mesh information - Details

Total Nodes 64359

Total Elements 33627

Time to complete mesh(hh;mm;ss): 00:00:13

Computer name:


- 23 -

Sensor Details No Data

Resultant Forces

Reaction forces

Selection set Units Sum X Sum Y Sum Z Resultant

Entire Model N 0.00281247 -1548.21 -0.00179584 1548.21

Reaction Moments


Entire Model N.m 0 0 0 1e-033

Beams No Data


- 24 -

Study Results

Name Type Min Max

Stress1 VON: von Mises Stress 0 N/mm^2 (MPa) Node: 63450

191.133 N/mm^2 (MPa) Node: 55046

RockShox 30 Gold-Estatico-Stress-Stress1


- 25 -

Name Type Min Max

Displacement1 UY: Y Displacement -0.0316541 mm Node: 40861

5.4943 mm Node: 9534

RockShox 30 Gold-Estatico-Displacement-Displacement1

Name Type Min Max

Strain1 ESTRN: Equivalent Strain 0 Element: 33174

0.00120997 Element: 15467

RockShox 30 Gold-Estatico-Strain-Strain1


- 26 -

Name Type Min Max

Factor of Safety1 Max von Mises Stress 2.81979 Node: 10499

1e+016 Node: 63450

RockShox 30 Gold-Estatico-Factor of Safety-Factor of Safety1

Trabalho de projeto Anexo II Forqueta de Bicicleta

- 27 -

Simulation of RockShox 30 Gold Date: 2 de junho de 2016 Designer: João Santos/Hermano Maia Study name: Estatico - Fadiga Analysis type: Static


Assumptions ........................................ 28



Units ................................................. 30


Loads and Fixtures................................. 32

Connector Definitions ............................. 32

Contact Information ............................... 33

Mesh information .................................. 34

Sensor Details ...................................... 35

Resultant Forces ................................... 35

Beams ................................................ 35

Study Results ....................................... 36

Description No Data


- 28 -

Assumptions

Original Model

Model Analyzed

Model Information


Solid Bodies



Modified

Fillet3

Solid Body

Mass:1.29684 kg Volume:0.000166261 m^3






- 29 -

Cut-Extrude7

Solid Body

Mass:0.719744 kg Volume:0.000423379 m^3





SLDPRT Jun 02 20:26:41 2016

Boss-Extrude2

Solid Body

Mass:0.32307 kg Volume:4.14192e-005 m^3





Boss-Extrude2

Solid Body

Mass:0.32307 kg Volume:4.14192e-005 m^3





Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.417144 kg Volume:5.348e-005 m^3





Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.849225 kg Volume:0.000108875 m^3





RT Jun 02 20:26:42 2016

Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.849225 kg Volume:0.000108875 m^3





RT Jun 02 20:26:42 2016


- 30 -

Study Properties Study name Estatico - Fadiga

Analysis type Static

Mesh type Mixed Mesh

Thermal Effect: On

Thermal option Include temperature loads

Zero strain temperature 298 Kelvin

Include fluid pressure effects from SOLIDWORKS Flow Simulation

Off

Solver type FFEPlus

Inplane Effect: Off

Soft Spring: Off

Inertial Relief: Off

Incompatible bonding options Automatic

Large displacement Off

Compute free body forces On

Friction Off

Use Adaptive Method: Off




Temperature Kelvin




- 31 -

Material Properties





Yield strength: 1.98e+008 N/m^2 Tensile strength: 3.18e+008 N/m^2

Compressive strength:

3.18e+008 N/m^2

Elastic modulus: 4.5e+010 N/m^2 Poisson's ratio: 0.35

Mass density: 1700 kg/m^3 Shear modulus: 1.7e+010 N/m^2

Thermal expansion coefficient:

2.5e-005 /Kelvin

SolidBody 1(Fillet3)(Coroa-3), SolidBody 1(Boss-Extrude2)(Tampa-1), SolidBody 1(Boss-Extrude2)(Tampa-2), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_Ext-1), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_superior-1), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_superior-2)

Curve Data:N/A









Curve Data:N/A









Curve Data:N/A



Unknown






Curve Data:N/A


- 32 -

Loads and Fixtures

Fixture name Fixture Image Fixture Details

Fixed-1

Entities: 1 face(s) Type: Fixed Geometry

Resultant Forces Components X Y Z Resultant

Reaction force(N) -0.00115577 -698.203 0.000776225 698.203

Reaction Moment(N.m) 0 0 0 1e-033

Load name Load Image Load Details

Gravity-1

Reference: Top Plane Values: 0 0 9.81

Units: SI

Force-1

Entities: 1 face(s), 1 plane(s) Reference: Front Plane

Type: Apply force Values: ---, 650, --- N

Moments: ---, ---, --- N.m

Connector Definitions No Data


- 33 -

Contact Information

Contact Contact Image Contact Properties

Global Contact

Type: Bonded Components: 1 component(s)

Options: Incompatible mesh


- 34 -

Mesh information Mesh type Mixed Mesh

Mesher Used: Standard mesh

Automatic Transition: Off

Include Mesh Auto Loops: Off

Jacobian points 4 Points

Jacobian check for shell On

Element Size 6.89317 mm

Tolerance 0.344658 mm

Mesh Quality High

Remesh failed parts with incompatible mesh Off

Mesh information - Details

Total Nodes 64359

Total Elements 33627

Time to complete mesh(hh;mm;ss): 00:00:12

Computer name:


- 35 -

Sensor Details No Data

Resultant Forces

Reaction forces


Entire Model N -0.00115577 -698.203 0.000776225 698.203

Reaction Moments


Entire Model N.m 0 0 0 1e-033

Beams No Data


- 36 -

Study Results

Name Type Min Max

Stress1 VON: von Mises Stress 0 N/mm^2 (MPa) Node: 63450

83.6137 N/mm^2 (MPa) Node: 55046

RockShox 30 Gold-Estatico - Fadiga-Stress-Stress1


- 37 -

Name Type Min Max

Displacement1 URES: Resultant Displacement 0 mm Node: 41528

2.41897 mm Node: 28900

RockShox 30 Gold-Estatico - Fadiga-Displacement-Displacement1

Name Type Min Max

Strain1 ESTRN: Equivalent Strain 0 Element: 33174

0.000526041 Element: 15467

RockShox 30 Gold-Estatico - Fadiga-Strain-Strain1


- 38 -

Name Type Min Max

Factor of Safety1 Automatic 6.48574 Node: 10499

1e+016 Node: 63450

RockShox 30 Gold-Estatico - Fadiga-Factor of Safety-Factor of Safety1

Trabalho de projeto Anexo III Forqueta de Bicicleta

- 39 -

Simulation of RockShox 30 Gold Date: 2 de junho de 2016 Designer: João Santos/Hermano Maia Study name: Fadiga Analysis type: Fatigue(Constant Amplitude)


Assumptions ........................................ 40



Units ................................................. 42


Loading Options .................................... 45

Study Results ....................................... 46

Description No Data


- 40 -

Assumptions

Original Model

Model Analyzed

Model Information


Solid Bodies



Modified

Fillet3

Solid Body

Mass:1.29684 kg Volume:0.000166261 m^3






- 41 -

Cut-Extrude7

Solid Body

Mass:0.719744 kg Volume:0.000423379 m^3





SLDPRT Jun 02 20:26:41 2016

Boss-Extrude2

Solid Body

Mass:0.32307 kg Volume:4.14192e-005 m^3





Boss-Extrude2

Solid Body

Mass:0.32307 kg Volume:4.14192e-005 m^3





Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.417144 kg Volume:5.348e-005 m^3





Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.849225 kg Volume:0.000108875 m^3





RT Jun 02 20:26:42 2016

Boss-Extrude1

Solid Body

Mass:0.849225 kg Volume:0.000108875 m^3





RT Jun 02 20:26:42 2016


- 42 -

Study Properties Study name Fadiga

Analysis type Fatigue(Constant Amplitude)

Event Interaction Random

Computing alternating stress using Stress intensity (P1-P3)

Shell face Top Face

Mean stress correction None

Fatigue strength reduction factor 1

Infinite life Off




Temperature Kelvin




- 43 -

Material Properties





SolidBody 1(Fillet3)(Coroa-3), SolidBody 1(Boss-Extrude2)(Tampa-1), SolidBody 1(Boss-Extrude2)(Tampa-2), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_Ext-1), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_superior-1), SolidBody 1(Boss-Extrude1)(Tubo_superior-2)

Curve Data:

SN curve




SolidBody 1(Cut-Extrude7)(Forqueta_inferior2-1)

Curve Data:

SN curve


- 44 -





Curve Data:

Curve-0(R=0.1)





Curve Data:

SN curve



Unknown


Curve Data:N/A


- 45 -

Loading Options

Event Name No. of cycles Loading Type Study Association

Event-1 100000 Fully Reversed (LR=-

1)

Study name Scale Factor Step

Estatico - Fadiga

1 0


- 46 -

Study Results

Name Type Min Max

Results1 Damage plot 10 Node: 1

10 Node: 1

RockShox 30 Gold-Fadiga-Results-Results1


- 47 -

Name Type Min Max

Results2 Life plot 1e+006 cycle Node: 1

1e+006 cycle Node: 1


Name Type Min Max

Results3 Load factor 3.35503 Node: 45498

9.9477e+027 Node: 63450


Trabalho de projeto Anexo IV Forqueta de Bicicleta

- 48 -

Simulation of RockShox 30 Gold Date: 3 de junho de 2016 Designer: João Santos/Hermano Maia Study name: Teste de Queda Analysis type: Design Study


Assumptions ........................................ 49



Units ................................................. 51

Design Study Setup ................................ 51

Study Results ....................................... 52

Description No Data


- 49 -

Assumptions

Model Information

Document Name

Configuration Document Path Date Modified

RockShox 30 Gold

Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\RockShox 30 Gold.SLDASM

Jun 03 09:21:30 2016

Batente-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Batente.SLDPRT

Jun 03 09:21:35 2016

Batente-2 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Batente.SLDPRT

Jun 03 09:21:35 2016

Coroa-3 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Coroa.SLDPRT

Jun 03 09:21:37 2016

Forqueta_inferior2-1

Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Forqueta_inferior2.SLDPRT

Jun 03 09:21:32 2016

Parte_superior_mola-1

Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Parte_superior_mola.SLDPRT

Jun 03 09:21:40 2016

Parte_superior_mola-2

Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Parte_superior_mola.SLDPRT

Jun 03 09:21:40 2016

Tampa-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Tampa.SLDPRT

Jun 03 09:21:34 2016

Tampa-2 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Tampa.SLDPRT

Jun 03 09:21:34 2016

Tubo_Ext-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Tubo_Ext.sldprt

Jun 03 09:21:34 2016

Tubo_superior-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Tubo_superior.SLDPRT

Jun 03 09:21:33 2016

Tubo_superior-2 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Tubo_superior.SLDPRT

Jun 03 09:21:33 2016

Vedante-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Vedante.SLDPRT

Jun 03 09:21:38 2016


- 50 -

Vedante-2 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Vedante.SLDPRT

Jun 03 09:21:38 2016

Veio-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\Veio.SLDPRT

Jun 03 09:21:32 2016

mola_v2-1 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\mola_v2.SLDPRT

Jun 03 09:21:39 2016

mola_v2-2 Default C:\Users\Joao Santos\Google Drive\Universidade\4º Ano\IP\Trabalho\Grupo 6\Atual\current-2-recu\mola_v2.SLDPRT

Jun 03 09:21:39 2016

Study Properties Study name Teste de Queda

Analysis type Design Study(Optimization)

Design Study Quality High quality (slower)

Result folder C:\Users\Joao Santos\Desktop\Solidworks Results


- 51 -



Temperature Kelvin



Design Study Setup Design Variables

Name Type Value Units

Force-5 Range with Step Min:500 Max:5000 Step:250 N

<Label_Constraints/> Goals

Name Goal Properties Weight Study name

Minimum Factor of Safety1

Maximize Factor of Safety 5 Estatico

Displacement1 Minimize Displacement 5 Estatico


- 52 -

Study Results 21 of 21 scenarios ran successfully.

Component name

Units Current Initial Optimal Scenario1 Scenario2

Force-5 N 3000 3000 500 500 750

Minimum Factor of Safety1

1.411691 1.411691 8.416741 8.416741 5.625348

Displacement1 mm 10.96303 10.96303 1.84843 1.84843 2.75989

Component name Units Scenario3 Scenario4 Scenario5 Scenario6 Scenario7

Force-5 N 1000 1250 1500 1750 2000

Minimum Factor of Safety1 4.224352 3.382050 2.819804 2.417850 2.116194

Displacement1 mm 3.67135 4.58281 5.49427 6.40573 7.31719


Force-5 N 2250 2500 2750 3000 3250


Displacement1 mm 8.22865 9.14011 10.05157 10.96303 11.87449


Force-5 N 3500 3750 4000 4250 4500


Displacement1 mm 12.78595 13.69741 14.60887 15.52034 16.4318

Component name Units Scenario18 Scenario19

Force-5 N 4750 5000

Minimum Factor of Safety1 0.892011 0.847445

Displacement1 mm 17.34326 18.25472

SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.SOLIDWORKS Educational Product. For Instructional Use Only.

Trabalho de projeto Anexo VI Forqueta de Bicicleta

- 54 -

Vista explodida

forqueta de bicicleta rockshox 30 goldgei12033/relatorios/ip_turma1_grupo6_re... · para molas...

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