Σχεδιομελέτη και κατασκευή τιμονιού αγωνιστικού ποδηλάτου δρόμου από σύνθετο ενισχυμένο με ανθρακονήματα (CFRP)

Αντωνίου, Μενέλαος-Ανάργυρος; Antoniou, Menelaos-Anargyros

dc.contributor.author	Αντωνίου, Μενέλαος-Ανάργυρος	el
dc.contributor.author	Antoniou, Menelaos-Anargyros	en
dc.date.accessioned	2020-07-29T08:02:31Z
dc.date.available	2020-07-29T08:02:31Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51005
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18703
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Ποδήλατα	el
dc.subject	Τιμόνι ποδηλάτου	el
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Καλούπια συνθέτων	el
dc.subject	Ηλεκτρονική σχεδίαση	el
dc.subject	Bicycles	en
dc.subject	Bicycle handlebar	en
dc.subject	Composite materials	en
dc.subject	Composite molds	en
dc.subject	Computer aided design	en
dc.title	Σχεδιομελέτη και κατασκευή τιμονιού αγωνιστικού ποδηλάτου δρόμου από σύνθετο ενισχυμένο με ανθρακονήματα (CFRP)	el
dc.title	Design and manufacturing of a road riser handlebar for racing bicycle from composite reinforced with carbon fiber (CFRP)	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Σχεδιαστικό	el
heal.classification	Μελετιτικό	el
heal.classification	Υπολογιστικό	el
heal.classification	Σύνθετα υλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-28
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι ο σχεδιασμός, η μελέτη και η κατασκευή ενός ανθρακονημάτινου (cfrp =carbon fiber reinforced polymer) τιμονιού αγωνιστικού ποδηλάτου δρόμου σε έξι μεγέθη, (360 mm (XS), 380 mm (S), 400 mm (M), 420 mm (L), 440mm (XL), 460mm (XXL)), σε συνεργασία με την ελληνική εταιρία Gramcarbon. Τα ανθρακονημάτινα προϊόντα επικρατούν πλέον στην ποδηλατική αγορά λόγω της μεγάλης αντοχής τους, έναντι χαμηλού βάρους που προσφέρουν με αποτέλεσμα την ελαχιστοποίηση της ένδειξης του χρονομέτρου. Πρωταρχικός στόχος ήταν η έρευνα της αγοράς και αν τυχόν υπάρχουν κάποια κενά, έτσι ώστε να σχεδιαστεί ένα νέο τιμόνι που να συνδυάζει χαρακτηριστικά από διάφορες κατηγορίες, σε συμφωνία όμως με τους κανονισμούς της παγκόσμιας ομοσπονδίας αγωνιστικής ποδηλασίας. Έτσι λοιπόν έπειτα από αρκετές δοκιμές και αλλαγές σε κάποια κριτήρια - στόχους της εταιρίας, στην οποία ολοκληρώθηκε η διπλωματική εργασία, καταλήξαμε σε ένα τελικό σχέδιο έτσι ώστε να καλύπτει όλες τις προδιαγραφές και τις απαιτήσεις. Ο σχεδιασμός έγινε με χρήση του SOLIDWORKS 17 σε πρώτο στάδιο, κατόπιν με το SIEMENS NX 18 και οι πρώτες εφαρμογές με πεπερασμένα στοιχεία για τη μελέτη, σε SOLIDWORKS 17 και κατόπιν με το SIEMENS ΝΧ 18. Ο γεωμετρικός σχεδιασμός ξεκίνησε λαμβάνοντας υπόψη κάποια ήδη υπάρχοντα μοντέλα τα οποία κυριαρχούσαν στην αγορά, με κάποιες ελλείψεις σύμφωνα με τα κριτήρια που είχαν τεθεί και συνεπώς ο σχεδιασμός έγινε εξ’ αρχής. Στη συνέχεια, το τιμόνι μοντελοποιήθηκε ως αλουμινένιο 7075 Τ6 και μέσω προσομοιώσεων βασισμένων στα αντίστοιχα τεστ που τίθενται πλέον από το ISO 4210-5:2014, παλιότερα από το EN 14781 (EUROPEAN STANDARD NOVEMBER 2005) διαπιστώθηκαν οι περιοχές με μέγιστες τάσεις καθώς και η κατανομή αυτών πάνω στο τιμόνι. Συνεπώς χρειάστηκαν να γίνουν κάποιες μικρό-αλλαγές ώστε να μην εμφανίζονται συγκεντρώσεις τάσεων έτσι ώστε στη συνέχεια να συνεχιστεί η μοντελοποίηση με τα cfrp υλικά (Τ300 πλεκτό, Τ700 μονοδιευθυντικό και Μ40J πλεκτό και HR40 μονοδιευθυντικό προεμποτισμένα). Λαμβάνοντας τα ανωτέρω υπόψη, το τιμόνι μοντελοποιήθηκε ως ανθρακονημάτινο καθορίζοντας τη θέση και το μέγεθος κάθε στρώσης πάνω στο σχέδιο. Τα μοντέλα των τιμονιών έγιναν στο SIEMENS NX . Στη συνέχεια τα διάφορα μοντέλα εισήχθησαν στις προσομοιώσεις που προέκυψαν με βάση τα τεστ που προβλέπει το ISO και αξιολογήθηκε η καταλληλόλητα κάθε πιθανής διαστρωμάτωσης. Στην τελική φάση σχεδιάστηκαν τα καλούπια για ένα μέγεθος αρχικά (αυτό που η εταιρία θεωρούσε ως πιο εμπορικό) μιας και τα σχέδια ήταν παραμετρικά. Το ίδιο συνέβη και για τον υπολογισμό των τάσεων, των παραμορφώσεων κλπ. καθώς πρωταρχικός στόχος ήταν η ενασχόληση με όσο το δυνατόν περισσότερα θέματα. Τα καλούπια αυτά ελέγχθηκαν ως προς την πίεση που θα υφίστανται εσωτερικά και υπολογίστηκαν οι εσωτερικές διαστάσεις που θα πρέπει να έχουν λόγω θερμικής διαστολής μιας και η διαδικασία γίνεται μέσα σε φούρνο με 120ο C και πίεση από 5-8 bar. Στη συνέχεια επιλέχθηκε κατάλληλος αριθμός κοχλιών, κεντραριστικών πείρων, εξολκέων κλπ. έτσι ώστε να εφαρμόζουν σωστά τα διάφορα κομμάτια του καλουπιού και να προσφέρουν μέγιστη στεγανοποίηση. Λέξεις κλειδιά: road riser handlebar, cfrp, σχεδιασμός, μελέτη, κατασκευή, μοντελοποιήσεις, iso standards, εργονομία, καλούπια, προτυποποίηση, SIEMENS NX, SOLIDWORKS	el
heal.abstract	The purpose of this thesis is to design, study and manufacture a carbon fiber (cfrp = carbon fiber reinforced polymer) racing bike steering wheel in six sizes (360 mm (XS), 380 mm (S), 400 mm (M), 420 mm (L), 440mm (XL), 460mm (XXL)), in collaboration with the Greek company Gramcarbon. Carbon fiber products are now prevalent in the bicycle market due to their high resistance to light weight and as a result minimize timer display. The primary objective was market research and if there were any gaps, to design a new steering wheel that combines features from different categories in accordance with the rules of the World Racing Cycling Federation. So, after several tests and changes to some of the target criteria of the company where the thesis was completed, we came up with a final plan to meet all specifications and durability requirements. The design was made using the SOLIDWORKS 17 in first stage and then with SIEMENS NX 18. The first finite element applications for the study were computed in SOLIDWORKS 17 and then with SIEMENS NX 18. The geometric design started based on some existing models that dominated the market with some shortcomings according to the criteria set and so the design was made from scratch. The steering wheel was then modeled as aluminum 7075 T6 and simulations based on the corresponding tests set by ISO 4210-5:2014 as well as EN 14781 (EUROPEAN STANDARD NOVEMBER 2005), identified the areas of maximum stress and their distribution on the steering wheel. Consequently, some minor changes were needed to avoid stress concentrations so that modeling with cfrp materials (T300 and M40J knitted and T700 and HR40 unidirectional pre-impregnated) would continue. Taking into account the above, the steering wheel was modeled as carbon fiber specifying the position and size of each layer on the drawing. The handlebar’s models were made in SIEMENS NX. Subsequently the various models were introduced in the simulations based on the tests provided by ISO and the suitability of each stratification was evaluated. In the final phase, the molds were originally designed for one size (what the company considered to be the most commercial) since the designs were semi-parametric. These molds were tested for the internal pressure and the internal dimensions should be due to thermal expansion since the process is carried out in an oven at 120°C and a pressure of 5-8 bar. Then a suitable number of screws, centrifugal bolts, extractors, etc. were selected so that the various parts of the mold could be applied correctly and provided maximum sealing. Finally, the pressure circuit was also studied. Keywords: road riser handlebar, cfrp, design, construction, modeling, iso standards, ergonomics, molds, SIEMENS NX, SOLIDWORKS.	en
heal.sponsor	GRAMCARBON	en
heal.advisorName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.advisorName	Manolakos, Dimitrios	en
heal.advisorName	Benardos, Panorios	en
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μπενάρδος, Πανώριος	el
heal.committeeMemberName	Markopoulos, Aggelos	en
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Manolakos, Dimitrios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	210 σ.
heal.fullTextAvailability	false