OTTIMIZZAZIONE FEM DEL TELAIO DI UNA MOUNTAIN BIKE

This thesis initially provides an overview of the characteristic parameters of a frame and the biomechanics between the cyclist and the Mountain Bike. Furthermore, the materials used in the manufacturing of these frames, along with their respective advantages, are presented and discussed. Subsequently, the loads and forces acting upon the frame specifically those generated by the rider while pedaling are analyzed, alongside an examination of the resulting stress state on the structure. Once the boundary conditions and mechanical loads are established, the structural behavior of a Cross Country mountain bike frame (Scott Scale 960 model 2014) is investigated and evaluated using the Finite Element Method (FEM). Based on these findings, structural optimization of the frame is performed according to design requirements. An optimization process is also outlined to enhance safety in critical regions. This optimization is carried out through both the refinement of frame geometry and, where feasible, the minimization of mass, achieving a weight reduction without compromising the structural stiffness or mechanical capacity, thereby enhancing overall performance.

La presente tesi fornisce inizialmente una panoramica dei parametri caratteristici di un telaio e della biomeccanica del sistema ciclista-mountain bike. Vengono inoltre presentati e discussi i materiali impiegati nella realizzazione di tali telai, unitamente ai relativi vantaggi. Successivamente, si analizzano i carichi e le forze agenti sul telaio – in particolare quelli generati dal ciclista durante la pedalata – esaminando al contempo lo stato tensionale risultante nella struttura. Definite le condizioni al contorno e i carichi meccanici, si studia e valuta il comportamento strutturale di un telaio per mountain bike da Cross Country (modello Scott Scale 960 del 2014) mediante il metodo degli elementi finiti (FEM). Sulla base dei risultati ottenuti, viene eseguita un'ottimizzazione strutturale del telaio in funzione dei requisiti di progetto. Viene inoltre delineato un processo di ottimizzazione volto a incrementare la sicurezza nelle zone critiche. Tale ottimizzazione si attua attraverso il perfezionamento della geometria del telaio e, ove possibile, la minimizzazione della massa, ottenendo una riduzione del peso senza compromettere la rigidezza strutturale o la capacità meccanica e migliorando, di conseguenza, le prestazioni complessive.