Ti con zero

"Ti con zero" (che è anche il titolo di un libro di Italo Calvino che non riesco proprio a finire ...) è una convenzione che si incontra in molti testi scientifici: un t seguito da uno zero piccolo in basso, per indicare il tempo in un momento chiamato "zero", distinguendolo dai momenti che seguono, chiamati "ti con uno", "ti con due", ...

Questo sarà il nome di questa reclinata di cui presento alcune immagini (incomplete in diversi dettagli) in anteprima oggi.
Una reclinata per ora "virtuale" che non si sa se mai diventerà reale, ma che porta comunque un nome che racchiude in se il fatto che, dopo tante elucubrazioni su come potrebbe essere la mia reclinata definitiva, torno sempre al t con zero di tante mie fantasticherie: la "bicicletta" è un insieme di tubi uniti da giunzioni!

Se vi aspettate una eventuale realizzazione in tempi ridottissimi ... beh, siete nel posto sbagliato. Siatene consapevoli.
Magari la condivisione di quanto seguirà ispirerà qualcuno o magari no.
Magari mi convincerò di aver assolutamente bisogno di una nuova reclinata o magari no.



Nota: il telaio è stato colorato di rosso solo per metterlo in evidenza, essendo il componente caratterizzante; l'idea, fin dal primo schizzo, è di realizzarlo con tubi in carbonio commerciali ... non verniciati.





... to be continued

Provo a rispondere a tutti ... ma siate consapevoli che questo rallenterà lo studio


Scrivendo "reclinata definitiva" sottintendo che la mia età (63) porta a pensare che non necessariamente avrò bisogno di una bici nuova.
Ma conosco diversi esempi di over 70 che continuano a pedalare (anche senza pedalata assistita) ... e quindi quanto sopra potrebbe (spero) non essere un limite reale alla futura realizzazione.

Per il momento proseguo con il progetto virtuale

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Il telaio sarà una sorta di "fasciato", magari con una contaminazione delle tecniche utilizzate per le biciclette in bambù.
I tubi dovrebbero avere un diametro esterno di 14mm (spessore 1-2 mm).
Inizialmente avevo immaginato di avere in ogni singolo nodo un elemento non strutturale realizzato in "plastica" stampato 3D, utile solo per mantenere in geometria il telaio; poi la fasciatura (il vero elemento strutturale nei nodi) fatta sopra. Ma essendo riuscito ad avere i "fianchi" del carro anteriore e posteriore sviluppati su di un piano, ecco che questa necessità viene decisamente sminuita; utilizzerei una semplicissima dima (disegno 3D in arrivo nei prossimi gg) ed un po di dremel per adattare le estremità di alcuni tubi. Nel corso del posizionamenti in dima penserei di incollare i tubi in posizione per proseguire con la fase successiva.
L'assemblaggio della struttura tridimensionale sarà poi fatta attraverso i tubi trasversali (anche in questo caso con fasciatura), tenendo i fianchi in posizione su di un'altra semplice dima (spiegherò in seguito quali sono i "piani" su cui poggiano i fianchi ... e sarà tutto più chiaro)

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Trattandosi al momento di un progetto virtuale (realizzato in 3D in ambiente virtuale) ... beh, allora sei già in "prima fila"

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Quando iniziai ad immaginare la MyRev (la mia attuale reclinata), avevo già strizzato l'occhio alle biciclette Pedersen ... ed avevo raccolto parecchio materiale a riguardo.
All'epoca mi ero limitato ad applicare i concetti di questo telaio reticolare al solo carro posteriore; oggi sto estendendo il concetto anche al carro anteriore.
Quindi ci sono influenze sia dalle Pedersen che da alcune realizzazioni di "Sottili Human Power".

Andrò in dettaglio in seguito (con immagini esplicative) ... ma anticipo che al momento ipotizzerei 2 soluzioni alternative:
- 2 snodi sferici
- un canotto sterzo tradizionale in alto, ma di lunghezza ridotta + uno snodo sferico in basso

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parte del post corretta il 22/09/2023 h.: 20:41


Hai perfettamente ragione all'80% ... battute a parte, non è esattamente vero. Peccato che il disegno 3D così come presentato non tiene conto della "possibile soluzione" a quanto da te giustamente evidenziato.
- inizialmente ho utilizzato un solutore di strutture reticolari reperibile in rete per sondare di quali sollecitazioni si stesse parlando, ma i vincoli considerati NON corrispondono ad una situazione reale!
- in passato mi sono imbattuto in telai che avevano lo stesso approccio e mi ero stupito della soluzione adottata, ma ho capito il motivo: alcuni tubi dovrebbero essere di sezione più importante per esistere anche a flessione ... ed al momento il disegno 3D non li considera
- comunque, appena la struttura reale (che non ha cerniere nei nodi) sarà finita come si deve sul CAD, proverò a fare una analisi strutturale esplorativa per avere delle indicazioni ... al più troverò il modo di triangolare come si deve la zona da te evidenziata

@Giorgio_AL: Grazie della segnalazione!

Illustrerò questo argomento in un post specifico.

... e comunque, essendo io un ingegnere un po' arrugginito (sono parecchi decenni che non mi occupo più direttamente di calcoli a livello serio) ed un po' rincoglionito (vedi l'età anagrafica dichiarata), se "qualcuno" volesse darmi una mano a livello di calcoli strutturali ... è il benvenuto

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Grazie a tutti per l'interessamento!
Come dichiarato, il progetto seguirà i "miei tempi" ... adesso porto a spasso il cane

Edited by recumbent - 22/9/2023, 20:42

Questa è una Pedersen da uomo:



Il telaio è una genialata!
Spulciando tra i brevetti fatti all'epoca, ci sono dei dettagli interessanti anche proprio sullo sterzo.
Ci sono diverse soluzioni più o meno raffinate: dalle prime soluzioni con degli improbabili perni, a quelle con snodi sferici, ecc, ecc. Questo quanto riportato su uno dei brevetti:



Le ultime soluzioni convergono quasi tutte sulla soluzione che adotta una serie sterzo di dimensioni (assiali) ridotte ed uno snodo sferico:



Questa è probabilmente la soluzione che adotterei.


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Esistono poi anche soluzioni che utilizzano 2 snodi sferici, generalmente di grandi dimensioni perché almeno uno regge i carichi assiali:



Ma questo approccio fa un po' a pugni con uno degli obiettivi di questo progetto: il contenimento dei pesi.

Comunque la soluzione di Sottili fu utilizzata anche da Traylor, il primo a brevettare il concetto di reclinata MBB.
Ed è molto interessante il silent-block messo a rendere meno ballerino lo sterzo di una MBB (il cilindro in gomma nero messo in mezzo agli snodi sferici), almeno quando si scende dalla bici il carro anteriore non sbandiera a destra e sinistra se non è immediatamente "preso per le corna" (manubrio):

Riprendo da questa corretta osservazione, raccontandovi:
- dove ho sbagliato
- come anche la prima soluzione potrebbe funzionare (ma non era l'obiettivo dello studio in corso)
- come si presenta la soluzione che dovrebbe funzionare


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dove ho sbagliato

Come ho scritto precedentemente, avevo sondato la soluzione reticolare con un solutore on-line.
Per fretta & pigrizia, mi ero limitato a tracciare il solo telaio posteriore ... ed avevo definito dei vincoli ... che però erano sbagliati per la struttura che volevo realmente verificare!



Dato che i nodi "5" e "6" risultavano vincolati in entrambe le direzioni "x" ed "y", la struttura poteva funzionare. MA QUESTA E' UNA ASSUNZIONE SBAGLIATA!


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come anche la prima soluzione potrebbe funzionare (ma non era l'obiettivo dello studio in corso)

L'unico modo per far funzionare lo schema che Giorgio ha "sgamato" sarebbe quello di avere (vedere figura seguente) i tubi verde e/o blu di sezione tale da resistere a flessione ... altrimenti il nodo evidenziato con la freccia rossa diventa il punto in cui la struttura collassa!



Ma io voglio una struttura quanto più reticolare e "leggera" possibile! Quindi la "pezza" probabilmente funzionerebbe, ma non mi interessa.


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come si presenta la soluzione che dovrebbe funzionare

Come suggerito da Giorgio, basta triangolare la zona incriminata:



Ho cambiato qualche quota per non avere la struttura del carro posteriore a rischio interferenza con la ruota anteriore ... e tutto ora funziona.

Ho comunque utilizzato il solutore di strutture reticolari on-line per una veloce verifica, MA questa volta ho simulato una forcella ed i vincoli sono realistici:
- nodo in corrispondenza con asse ruota posteriore vincolato in entrambe le direzioni "x" ed "y"
- nodo in corrispondenza con asse ruota anteriore vincolato solo nella direzione "y"

A questo punto ho provato alcune condizioni di carico ipotizzando che dei 2 fianchi lavori solo 1 (in prima battuta è quindi come se il carico complessivo di 700 N = 70 kg venisse a raddoppiare sulla struttura completa); si tratta di una verifica veramente di massima, ma fornisce indicazioni rassicuranti:

- condizione di carico "1": nodo 7 = 500 N ; nodo 6 = 200 N



- condizione di carico "1": nodo 7 = 700 N ; nodo 6 = 0 N



- condizione di carico "1": nodo 7 = 0 N ; nodo 6 = 700 N



Nelle immagini precedenti le aste "blu" sono sollecitate a trazione e quelle rosse" a compressione; a fianco, per ogni asta, la sollecitazione "sigma" espressa in N/mm^2 (considerando un tubo di diametro esterno di 14 mm e spessore 1 mm). Le sollecitazioni sono decisamente basse (9 kg/mm^2 a compressione nel caso peggiore; 10 kg/mm^2 a trazione).

... to be continued ...

Edited by recumbent - 25/9/2023, 14:37

Considerando che i fianchi del telaio anteriore e posteriore sono stati progettati in modo che "stiano su di un piano", ecco che risulta semplice realizzare una dima per realizzarli:



bitzo

Per quanto riguarda il "tube notcher", potrebbe essere un'idea.
Realizzare un piano che si inclina, magari abbinato al goniometro elettronico che ho in cantina (provenienza LIDL), non dovrebbe essere una grande impresa.
Grazie dello spunto.

Schizzare una struttura reticolare alla fine non è così difficile ... a volte è una sorta di esercizio estetico: metto un'asta qui ed un'altra lì.
Ed infatti molte strutture reticolari sono genericamente disegnate con qualche sorta di ciclicità geometrica e poco più.

Nell'immaginare il telaio dell'ipotetica "Ti con zero" avevo dei vincoli legati alla geometria generale del velomobile e poi, all'interno di un perimetro così definito, ho messo alcune aste a buon senso per avere i futuri punti di appoggio del sedile e di attacco del freno posteriore ... MA, fatti salvi i vincoli e le necessità, la configurazione reticolare che ho immaginato ha anche un senso dal punto di vista strutturale?
I moderni strumenti di dimensionamento possono dare delle indicazioni utili.

Ed eccomi a provare a sfruttare queste potenzialità:
- ho definito, per semplicità, un telaio posteriore piatto sul piano di mezzaria della bicicletta (quello "blu")



nota: la forcella mi serve solo per simulare i vincoli in modo più realistico

- ho utilizzato questo "falso telaio" per procedere con una ottimizzazione topologica, avendo definito le condizioni di vincolo e di carico (in pratica descrivo dove si appoggia il telaio e dove sono applicati i carichi e poi lascio che il software tolga il materiale dove non serve dal punto di vista strutturale)
- questa volta ho dato in pasto al sistema 3 diverse condizioni di carico, lasciando che sia lui a trovare una quadra che vada bene per tutte ... ed ecco il risultato:



Per come ho impostato l'ottimizzazione, il sistema ha mantenuto il perimetro esterno (che nella pratica, nella "mia" struttura reticolare sarà definito dai tubi perimetrali) e suggerisce dove mettere dei rinforzi che permettano di reggere nelle condizioni di carico che ho assegnato. Alcuni di questi rinforzi (secondo un codice colore) potrebbero essere eliminati ... ma vale quanto segue, ricordandosi che si tratta di una verifica "indicativa".
Infatti, è la sovrapposizione della proposta ottimizzata al telaio ottimizzato in prima battuta ad essere utile:



Ora, se ci si focalizza sulle parti della proposta ottimizzata che sono di colore giallo-verde (quelle che sono veramente necessarie), si vede una generale corrispondenza con alcune delle aste che avevo originariamente ipotizzato ... e qualche differenza non incredibile, soprattutto nel tratto verso l'asse della ruota posteriore, differenze che vedrò di contenere con una disposizione leggermente diversa delle aste in quella zona.

Insomma, Pedersen (come Eiffel) non avevano questi strumenti, ma sapevano il fatto loro ed avevano quel "sesto senso ingegneristico" che ha permesso loro di fare delle cose strutturalmente affascinanti!

... to be continued ...

Edited by recumbent - 28/9/2023, 17:25

Al momento mi sono concentrato sul telaio posteriore ed ho considerato solo il peso del ciclista, come se tutto gravasse solo su uno dei fianchi del telaio. E la simulazione è praticamente bi-dimensionale, ma credo sia sufficiente allo scopo visto che comunque mi sembra che i coefficienti di sicurezza che ne risultano siano più che abbondanti; il rischio è probabilmente quello di avere una struttura troppa rigida ...

Aggiungo che sto simulando il tutto come se il telaio fosse fatto in "ferraccio" (è una indicazione che trovai su di un testo che dava dei suggerimenti per una prima verifica di massima), certo non con le caratteristiche anisotrope di un tubo in carbonio ...

I valori di 500+200 N; 200+500 N e 700 N (tabella in basso nell'immagine comparativa) corrispondono ai miei 70 kg distribuiti sui 2 nodi dove penserei di agganciare il sedile.
La forcella mi serve solo per piazzare i 2 vincoli:
- in x ed y sull'asse della ruota posteriore
- in y sull'asse della ruota anteriore

Per il telaio posteriore la spinta sui pedali non ha molta influenza anche in considerazione del fatto che lo schienale del sedile sarà supportato (come nella MyRev) da aste che andranno direttamente nella zona dell'asse della ruota posteriore.
Proverò anche a considerare la frenata, più che altro per controllare la zona dove dovrebbe essere montato il caliper.

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Altra storia è la verifica del telaio anteriore che dovrà essere fatta assolutamente considerando la struttura tridimensionale.

In generale va considerata una una spinta sui pedali che abbia senso per una reclinata (credo che non valga al 100% quanto prescritto dalla norma ISO 4210‐6:2019 - test a fatica con forza di pedalata); di questo trovi una sintesi QUI e qualche elucubrazione nei post precedenti dove cercavo di fare qualche verifica su differenti tipologie di carro anteriore (come ad esempio QUI).

Per il telaio anteriore risulta anche difficile definire dei vincoli reali visto che telaio e movimento centrale possono trovarsi in almeno 2 situazioni diverse ... o in una combinazione di queste 2:
- sbandierano allegramente sotto la spinta della pedalata e sono tenuti fermi dalla forza delle braccia del ciclista (situazione da evitare come la peste perché si fa fatica per nulla)
- rimangono fermi sotto lo sforzo della pedalata perché il ciclista ha interiorizzato una modalità di spinta sui pedali tale da equilibrare il tutto (è la condizione auspicabile in cui le braccia al più producono poco sforzo e si preoccupano di condurre il velocipede o addirittura si va senza mani); è quanto è descritto in questa monografia intorno alla pagina 31.

Se ci si concentrasse sul primo scenario, allora si tratta di simulare un manubrio e poi di tenerlo fermo. Sicuramente si esagera, ma sarebbe, credo, una simulazione conservativa (troppo?).

Che ne dici? (non solo di quest'ultimo punto, ma in generale)
Ogni contributo è assolutamente benvenuto!

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Come scrivevo, è da parecchi decenni che non metto le mani in pasta in ambito calcoli ... ma una prima fase della mia carriera professionale non me la sono scordata del tutto ...
Se all'epoca (ho iniziato a lavorare nel 1986) avessi avuto certi strumenti e la possibilità di approfondirne l'uso ... mi sarei divertito come un matto!
Però ho sempre cercato di spingere le persone operative del mio team a trarre vantaggio da queste "diavolerie" ed ora che ho smesso di lavorare, ci gioco a livello assolutamente amatoriale, consapevole di correre il rischio di fare qualche errore grossolano ... perché da questi strumenti esce sempre qualcosa, ma non è detto che abbia un "significato fisico reale".
Ecco che un contributo da parte di chi ci lavora "sul serio" sarebbe assolutamente il benvenuto.

Uso SolidWorks (una versione del 2020) sia come CAD 3D che come calcolatore strutturale. Non è il massimo dei massimi, ma i motori di calcolo che ci sono dietro sono ormai pochi e molto simili (alla fine è più una questione commerciale che porta magari a non fornire tutte le funzioni che il "motore" che c'è dietro comunque ha ...).
Mi affascina il generative design, ma non ho ancora trovato tempo e voglia di trovare qualcosa di utilizzabile a livello "amatoriale".

Grazie comunque di partecipare a questa discussione

I carichi impostati sono statici.

Come ho scritto, i carichi considerati sia nell'analisi con il solutore di strutture reticolari che nell'ottimizzazione topologica fanno riferimento ad un solo fianco del telaio completo ... quindi è come se avessi considerato un caso con il doppio del mio peso sul telaio completo ... proprio per stare dalla parte della ragione e considerare gli effetti dinamici di un fondo stradale non perfetto.

Più che la resistenza (viste le sollecitazioni decisamente contenute), mi preoccupa di non avere alla fine un telaio troppo rigido.

QUI si possono trovare delle considerazioni proprio sull'eccessiva rigidezza di strutture reticolari (in particolare in questa risposta)