Bianchi率先采用模拟技术

如果你看过环法自行车赛，你可能会想知道那些车手到底能跑多快。(当然是越快越好。)当然，拥有一辆合适的自行车是一个好的开始。但是合适的旅游自行车是什么样的呢?你也许该问问比安奇。这家意大利自行车制造商的车队在比赛和这项运动中都是一支力量。他们的车手(和自行车)都是世界上最好的，他们在很多比赛中都获得了冠军。

作为自行车界历史最悠久、名气最大的品牌之一，Bianchi最近在2020年开始使用Ansys软件，继续寻求制造世界级的巡回赛自行车、山地车和电动自行车。在这种情况下，对Bianchi来说，“通过测试”意味着在Ansys仿真支持的安全、符合iso标准的车架设计中找到合适的刚度、空气动力学和性能。

Bianchi的产品经理兼设计工程师Daniel Teran说:“我们的使命是生产世界上最好的自行车。”“我们的分析取决于客户的需求。所以，如果客户需要性能，那么它就是性能。如果客户需要一辆旅游自行车，那么它应该是世界上最好的旅游自行车，无论是舒适性还是几何形状，还是这种类型的自行车所需要的任何东西，这些都只能通过模拟来实现。”

物理原型减少70%有助于降低竞争

比安奇的核心业务是为高性能目标生产自行车。在这种情况下，用户是一个公路自行车手，他寻找高性能的自行车，重点是车架刚度、重量和空气动力学。

“旅行自行车设计的压力与公路赛车的竞争性质有关，”特兰说。“重点始终是设计一辆更轻、更硬、更快的自行车。这是自行车运动的三大关键词，也是我们面临的最大工程挑战。”

为此，Ansys机械结构有限元分析(FEA)软件使Bianchi能够在两到三次尝试中模拟可行的设计方案，最终将安全测试所需的原型数量减少了70%。这种方法适用于他们计划投放市场的每一个框架变体。每辆自行车的物理样品都要经过测试，如果一个特定的样品没有通过，就会制作第二、第三或第四个样品，直到所有必要的修改都完成。

“我们制造的每一种尺寸的自行车都需要三个原型，”特兰说。“在过去，我们基本上做了四次修改来获得可接受的结果。通过模拟，我们知道如果帧不通过，我们必须修改什么，然后立即继续解决问题。所以，我们的大多数帧第一次通过，或者在最坏的情况下，第二次通过。当你谈论三个单独的疲劳测试和两个单独的冲击测试时，涉及两个框架，加上一个作为备用，节省的费用可以从数千到数万美元不等。”

从初始设计到测试和优化，Bianchi使用仿真软件在整个开发链中节省了大约18个月的时间。更早进入市场意味着在不断变化的环境中获得更多的销售和更大的竞争优势。

模拟让车手处于最佳位置

比安驰赛车的性能优化在比赛日之前就开始了Ansys流利。首先，Bianchi工程师研究框架组(框架，座柱，车把和叉)与虚拟组件，如车轮和曲柄，以了解部分的一般行为。同时，对骑手的身体进行3D扫描以获得多边形模型，该模型被导入Ansys SpaceClaim生成一个干净的3D模型，以便使用Fluent进行进一步分析。

通过这种方式，Bianchi可以研究新自行车的行为，包括骑车人的存在。从这一系列的模拟中，团队可以进一步优化车架设计，找到车架与骑手的体积相协调的最佳位置，以减少不同偏航角(骑自行车者的运动方向与相对风矢量之间的角度，这是骑手速度和周围风向的结合)的阻力。

所有这些信息导致极其准确的功率和性能预测的车手为一个特定的计时赛或阶段。这种级别的优化是Bianchi与他们自己的赛车队所做的事情。通过分析，可以创建具有特定特征的模型，以帮助骑手匹配合适的自行车或找到更好的自行车。

特兰说:“把你实际使用的所有东西都整合在一起，在一个地方使用不同类型的模拟，这真的很好。”“我认为这是分析的关键点。然后是所有的优化工具Ansys Workbench，包括更新所有设计点的能力，然后让它运行。”

用Ansys LS-DYNA加速安全

竞技自行车可能很危险。例如，在环法自行车赛期间，车手在下坡时的速度可以达到65英里/小时(约110公里/小时)，¹突然停车有潜在的危险。而且，随着越来越多的消费者将骑自行车作为一种环保的出行方式，自行车交通的增加，以及与机动车、行人和从A点到B点的任何其他东西的互动，增加了发生更多事故的可能性。

为他们所有的自行车制定更高的安全标准是比安奇的首要任务。为了做到这一点，开发团队将ISO标准作为基准，然后在安全测试期间稍微超出自行车的典型使用Ansys LS-DYNA碰撞测试模拟软件。大部分的重点是整体设计的完整性，因为即使是专业的旅游自行车也容易在某些环境中损坏。还有一些部件的零故障是至关重要的，比如叉，或者是固定前轮的部件。

例如，开发团队使用LS-DYNA来了解前后碰撞时前轮和后轮相对于a型车架吸收了多少能量。LS-DYNA中的单独分析帮助团队了解这些单独组件的压力水平，以及相对于相同的能量，两者结合在一起工作。通过这种方式，研究小组可以仔细调整比安奇实验室进行的跌落测试的高度，以提高撞击时的安全性。

骑在新发现的高处

也许使用Ansys仿真软件的最大好处是意想不到的发现，这使得Bianchi的开发团队能够更好地评估框架刚度。在自行车行业有一个神话，所有的框架的元素，下管，或长管运行从头管到踏板需要非常大，以承受扭转载荷。然而，在模拟环境中的发现让Teran得出了不同的结论。

“刚度实际上取决于框架中所有管之间的几何和谐，”Teran说。“以前，我们在考虑车架的刚度时忽略了顶管，而实际上它也非常重要。不仅仅是下油管，这是一个伟大的发现，为我们带来了竞争优势。我们还对影响空气动力学性能的车架部分有了新的发现。这使得我们进一步优化了座管和座柱，为我们提供了非常好的设计性能，如果没有针对空气动力学进行优化，也会对车架阻力产生很大影响。”

Ansys将在1月份的CES上展示我们与Bianchi的合作成果。如果你在那里，一定要去看看Ansys展位#4401来看看E-Omnia，比安奇的最新一代电动自行车。