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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:潘炯丞
研究生(外文):Pan, Jiung-Cheng
論文名稱:全懸載登山車車架拓撲最佳化
論文名稱(外文):Topology Optimization of the Mountain Bike Frame with Full Suspension
指導教授:黃元茂
指導教授(外文):Yuan-Mao Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1997
畢業學年度:85
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:登山車拓撲最佳化振動
外文關鍵詞:MTBtopology optimizationvibration
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在自行車車架的設計上,由於避震功能的要求日甚,傳統的車架已不
適用,同時車架的設計方法也有待更新。傳統的方法乃是對預設的結構不
斷進行分析以求改良設計,而結構最佳化則提供了更有效率的設計過程與
改良方向。在結構最佳化中最為基礎的拓撲最佳化正適合作為概念設計階
段中結構形狀的設計方法。此最佳化方法結合了有限元素分析與最佳化演
算法則,在設計的遞迴過程中不斷地對結構進行分析並更新設計。
本文將登山車區分為前、後車體、前叉、與後避震器四部份,以一個包含
騎士與前車體之水平與垂直位移、前後車體旋轉角度、以及前叉避震器壓
縮量等五個自由度的模型來進行登山車的動態模擬;另一方面,分別對前
後車架定義設計範圍、給定施力與邊界條件,以建立靜態拓撲最佳化模型
。新車架的設計必須同時考量車體的避震效果與車架剛性。為滿足避震與
剛性此兩項要求,本文將拓撲最佳化與動態模擬連結成一完整的動態分析
機制,在此機制中以避震器位置為輸入項,而以車架的加速度為輸出項。
以加速度最小化為車架設計的目標,本文以上述機制為目標函數,以避震
器位置為設計變數,以一正弦波為假想路面,採用模擬退火法進行避震器
位置與車架拓撲的最佳化。最後本文並將以暫態反應比較初始設計與最佳
設計的避震效果。
Owing to the increasing demand of shock absorbing function,
the traditional bicycle frames are no longer suitable
for current bikes, and the design methodology of
bicycle frame also needs some revolution. Traditionally,
engineers analyze the prejudged structures time and again to
modify the previous design. However, the structure optimization
provides us more efficient design process and the proper
direction to revise the design. As the base of structure
optimization, the topology optimization is appropriate
for the structure design in the conceptual design phase. This
method combining finite element analysis and optimization
algorithm analyzes the structure and changes the design
variables continuously in the design iterations.
The mountain bike(MTB) consists of the front body, the rear
body, the fork, and the rear shock absorber. A five degree
of freedom model is established to simulate the dynamic
characteristic of MTB. This study defines the design domains,
loading cases, and boundary conditions for the front frameand
the rear frame, respectively, to obtain the static topology
optimization model. The shock absorbing effect and the frame
stiffness fo the new design ofMTB frame are considered
simultaneously. To satisfy the above demands, the study
integrates topology optimization and dynamic simulation as a
mechanism of dynamic analysis. In the mechanism, the positions
of the shock absorber arethe input data, and the accelerations
of the frame are the output. Using the accelerations as the
object to be minimized, the above mechanism is used to compute
the object function value, and the positions of shock absorber
is chosen as design variables. The road surface is assumed as
a sinuous wave. Thestudy utilizes simulated annealing(SA) method
to obtain the solution of above optimization problem, and posts
transient responses to compare the optimal design with the
initial design.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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