臺灣博碩士論文加值系統

本文的目的在於Diamond型自行車架的結構、避震器等之分析，車架對於騎乘舒適度與安全性來說是很重要，本文運用Pro-ENGINEER建構實體模型與ANSYS和ADAMS等套裝軟體來進行靜態、模態、動態分析。
本文採用電腦輔助工程分析來探討車架本身之結構強度與車身在行經不平路面時所產生的振動情形，得到動態模擬曲線圖，並用牛頓疊代法求出彈簧剛性、阻尼係數等之最佳值。
最後，從結構分析結果可以得到車架安全性，並在動態分析使用ADAMS與牛頓疊代法求出最佳彈簧剛性16.934N/mm 與阻尼係數1.0766 N-s/mm的前叉懸吊系統，此懸吊系統經本實驗驗證可以使騎乘者達到最佳的舒適性。

The framework, suspension system etc. of Diamond-type bicycle is analyzed in this thesis. The riding comfort and safety of framework is the most important issue. Pro-ENGINEER is adopted to construct the solid model, ANSYS is adopted in the static and modal analysis and ADAMS is used in the dynamic analysis of the bike.
This thesis uses CAE analysis to study the structural strength of vehicle frames and the vibration pattern on rough roads, and obtain simulated dynamics diagram. It also uses Newton-Raphson method to obtain the optimal values for the stiffness of the spring as well as the damping coefficient.
Finally, the tested result of the structural analysis shows that the frame is safe. The dynamic analysis using ADAMS and Newton-Raphson method got the optimum spring stiffness 16.934N/mm and damping coefficient 1.0766N-s/mm of the front fork of the suspension system. The suspension system had been proved to get the best comfort index for the riders in this experiment.

摘要......................................i
Abstract..................................ii
誌 謝...................................iii
目錄......................................iv
表目錄...................................vii
圖目錄...................................viii
符 號 說 明...............................x
第一章 緒論...............................1
1.1前言...................................1
1.2 文獻回顧..............................2
1.3 研究動機與目的........................4
1.4 研究方法..............................4
1.5 論文大綱....................7
第二章 自行車種類、構造基本概論與ISO2631簡介......8
2.1自行車架種類介紹....................8
2.2材質簡介...............................10
2.2.1材質介紹..............................10
2.2.2 6061鋁合金...........................11
2.3自行車特點..............................12
2.4自行車之功能構造.........................13
2.5自行車實際模型...........................16
2.6懸吊系統.................................18
2.6.1自行車避震器種類.......................18
2.6.2避震器的功用...........................19
2.7國際標準ISO 2631-1.......................20
第三章 有限元素分析法與ANSYS電腦輔助模擬分析......25
3.1有限元素分析法介紹....................25
3.1.1有限元素系統之基本組成要件....................26
3.1.2有限元素法基本架構............................27
3.1.3有限元素法之分析程序步驟......................27
3.1.4有限元素法簡易流程圖..........................28
3.2 ANSYS 電腦輔助模擬分析介紹.....................29
3.2.1電腦模擬三大步驟..............................29
3.3使用的元素類別說明..............................31
3.4 ANSYS模態分析型態簡介..........................32
3.5結構分析方程式..................................34
3.5.1應力與應變關係................................34
3.5.2應變與位移....................................36
3.5.3四面體元素理論分析............................38
3.5.4結構自然頻率及振形有限元素法分析..............41
第四章 牛頓疊代法與ADAMS振動分析理論...............43
4.1牛頓疊代法......................................43
4.1.1數值方法簡介..................................43
4.1.2牛頓疊代法簡介與理論..........................44
4.1.3牛頓-拉普森法收斂速率.........................45
4.2ADAMS軟體簡介與應用理論.........................47
4.2.1ADAMS軟體簡介.................................47
4.3自行車振動數值推導..............................48
第五章 結構與懸吊式分析結果........................50
5.1靜態結構分析....................................51
5.2收斂分析........................................55
5.3.1主車架的模態分析..............................56
5.3.2整體車架模態分析..............................60
5.4懸吊系統分析....................................63
5.4.1動態分析......................................63
5.4.2分析結果......................................70
第六章 結論與建議..................................72
6.1結論............................................72
6.2建議............................................73
參考文獻...........................................74

[1]楊銘賢，自行車各種避震器影響乘坐舒適性之研究，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2008。
[2]江銘傑，機車鋁合金車架之應力分析與結構最佳化，國立交通大學機械工程研究所碩士論文，2006。
[3]季元彬，由騎士受力分析探討自行車後避震器減震效果，逢甲大學材料與製造工程機械工程組碩士班碩士論文，2007。
[4]趙士偉，機車結構減振之設計方法，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2000。
[5]載志朋，摺疊式電動自行車之研究，南台科技大學機械工程研究所碩士學位論文，2007。
[6]鄭瑋嶸，利用ADAMS分析引擎運轉對摩托車車架振動之影響，屏東科技大學/機械工程系，2000。
[7]呂秉澄，登山自行車之Top-down Design Top-down Design for Mountain Bikes，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文，2009。
[8]陳正昇，登山自行車後懸吊機構之設計，國立中山大學/機械工程學系研究所，2000。
[9]陳柏翰，自行車氣壓式避震座桿設計與測試之研究，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2006。
[10]E. Pennestri and A. Strozzieri, “Optimal Design and Dynamic Simulation of A Motorcycle with Linkage Suspension,” Int. J. of Vehicle Design, Vol. 9, No. 3, pp. 339-350, 1988.
[11]Waechter, Matthias and Riess, Falk,“A multibody model for the simulation
of bicycle suspension systems,” Vehicle System Dynamics, Vol. 37, n 1,p 3-28, January, 2002.

[12] E. Knight Charles, “The Finite Element Method in Mechanical Design ,”PWS-KENT Publishing Company, 1993.
[13]J.N. Reddy, “An Introduction to the FEM, McGraw-Hill Inc., 1984.
[14]T.C. Sun, “ Design Sensitivity Analysis and Optimization of Nonlinear Dynamic Response for a Motorcycle Driving on a Half-sine Bump Road ,” Structural Optimization, Vol.11, pp.113-119, 1996.
[15]歐昇明，自行車液氣分離式後避震器最佳設計與測試之研究，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2005。
[16]陳泓仁，田口法在自行車結構與其避震器之最佳化研究，國立虎尾科技大學機械與機電工程研究所，2010。
[17]呂慕林，應用電腦輔助設計於產品造形展開之研究-以電動自行車為例 ，大同大學，2004。
[18]Aluminum Information at aircraftspruce.com，accessed October 13, 2006.
[19]吳武政，以誘導式歸納途徑法探討自行車騎乘姿勢與車架尺寸之關係，大同大學工業設計研究所碩士論文，2001。
[20]陳柏翰，自行車氣壓式避震座桿設計與測試之研究，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2006。
[21]“ISO 2631-1 : Mechanical Vibration and Shock-Evaluation of Human Exposure to Whole-Body Vibration, Part 1.General Requirements,” 1997.
[22]陳精一、蔡國宗，電腦補助工程分析─ANSYS使用指南，全華科技， 2000。
[23]劉國慶、楊慶東， ANSYS工程應用教程.，中國鐵道,，2003。
[24]Release 10.0 Documentation for ANSYS.
[25]陳精一，”ANSYS 6.0 電腦輔助工程分析”，全華科技，2002。
[26]王栢村，電腦輔助工程分析之實務與應用，全華。
[27]S.S. Rao，有限元素法 : 工程上之應用，復文,，1989。
[28]王世忠，結構力學與有限元法，哈爾濱工業大學。
[29]夸克工作室， 有限元分析基礎篇ANSYS與Matlab，清華大學。
[30]Stephen C. Chapra, Raymond P. Canale，工程數値方法 : 附BASIC 與FORTRAN 程式範例，McGraw-Hill, 1993。
[31]王柏村，電腦輔助工程分析之實務與應用(第二版)，全華 。
[32]康淵，ANSYS進階，全華,2006。