Simcenter自行车行业仿真和测试解决方案

新冠疫情给世界带来了很大的改变，包括人们日常的出行方式，自行车做为绿色、环保、安全的交通工具，正在逐渐受到了全球范围的青睐。新一代的自行车更重视电气化和轻量化，电池辅助能使自行车的速度更快，在红绿灯等停下后更容易加速，并在上坡、逆风、载重或上述混合情况下提供助力。自行车车体也一直在变革，新型车架材料的使用使自行车更轻、更强、更舒适且更流线美观。从传统的铬钼钢材料，后来逐渐进化到进铝合金，而现在的复合材料如碳纤维等将会是未来自行车体的发展方向。

新技术也给新一代的自行车的开发带来了很多挑战，重量、拉伸强度、弹性系数是决定自行车车架材质的几个重要因素，新型的材料能否满足强度的要求。电池的性能提供了电动自行车足够的动力，同时又需要轻便、安全。这些如果可以在研发阶段得到充分的验证，就可以大大地提升产品地性能，提升客户的感受。

自行车在出厂之前需要经历各种严格的测试，为了满足相关法规的要求，对于成熟的产品，相对比较容易通过测试，但是对于新产品，特别使新一代自行车，使用新材料、新电池等技术，测试通过难度大大提高，如何提升测试通过率，减少开发的周期，仿真分析是非常重要的手段。

Simcenter采用全新一代的仿真技术，可以帮助自行车企业一方面满足测试的需求，另一方面提升自行车的创新力，从而使新一代的自行车可以更快、更轻、更耐久。

02 Simcenter 3D 自行车结构仿真，保证安全性

自行车常规的结构仿真分析包括：刚性分析、冲击分析、疲劳分析、热应力分析等等。

2.1

刚性分析

静止状态下，人与车的重力与地面对车的支持力平衡，人骑车时，前后轮的受力，自行车的前后轮都相对于地面作纯滚动，但是它们受力情况不同。以下是垂直力和水平力分析，通过Simcenter 3D仿真可以验证车架的结构刚度，模拟实际自行车载重和骑行时的需求，保证人员的安全性。

图1 自行车刚度分析

2.2

冲击分析

山地自行车在崎岖不平的地面骑行，必须承受在跃起和落下时的冲击。确保框架和悬挂系统足够坚固，需要使用这些严格的载荷进行实际的测试。Simcenter 3D冲击仿真可以有效模拟各种实际工况条件下自行车的受力情况，研究框架和悬架系统的强度，通过优化框架的结构，提升系统可靠性。

图2 自行车冲击分析

2.3

疲劳分析

共享单车解决了最后一公里的问题，因此共享单车在大中城市的使用也非常地频繁，当然出问题的几率比自有单车要高很多。为了保证骑行的安全，共享自行车的强度是极其重要的问题，也是厂家最关心的问题。自行车出厂的试验不仅需要根据要求测试自行车架的静力强度，还需要测试自行车架的疲劳强度。

疲劳测试是一种破坏性的试验，不仅耗时而且浪费资源。通过Simcenter 3D疲劳寿命仿真，可以大大节约时间成本和试验成本。

图3 自行车疲劳分析

2.4

自行车刹车片热固耦合分析

自行车在骑行地过程中，刹车盘由于刹车爪的摩擦力加热，磁盘外部的温度不断升高。如果刹车爪在两侧提供的力不同，刹车盘两侧会产生温度差，这种微小的温差会引起微小的横向位移，从而会引起刹车盘弯曲失效风险。 通过Simcenter 3D可以进行瞬态热固耦合分析，模拟刹车片的摩擦加热的整个过程，通过优化刹车盘和刹车爪的设计，减少热变形带来的骑行安全问题。

图4 刹车片热应力分析

03 Simcenter 3D 电动自行车驱动机构噪声分析