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Stabilità e dinamica di una bicicletta per uso agonistico - Influenza dei parametri geometrici del telaio

Informazioni tesi

  Autore: Alessandro Ferrari
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2000-01
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aerospaziale
  Relatore: Giuseppe Sala
Coautore: Massimo Crudeli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 172

Scopo del presente lavoro è valutare l'influenza dei parametri geometrici (in particolare dell’avancorsa) sulla stabilità e la dinamica di una bicicletta da corsa per uso agonistico.
Il problema viene affrontato dapprima da un punto di vista analitico, studiando le equazioni di moto di una bicicletta semplificata, ottenuta partendo da quella oggetto di analisi.
Successivamente, tali equazioni vengono risolte numericamente, così da valutare l’andamento nel tempo di alcune grandezze ritenute significative (angoli di sterzo e rollio).
Inoltre, si ricava la matrice della dinamica del sistema e se ne studiano gli autovalori, per avere informazioni quantitative sulla stabilità del modello.
Infine, viene realizzato un modello multi-body della bicicletta e ne viene simulato il comportamento dinamico in diverse condizioni e per diverse configurazioni geometriche.
A tale scopo viene impiegato un codice di calcolo sperimentale sviluppato per applicazioni in ambito motociclistico.
Oltre ad adattare il suddetto codice alle peculiarità delle biciclette, a causa della mancanza di dati relativi alle proprietà dei pneumatici e dell’enorme importanza di questi ultimi nella dinamica, è stato necessario effettuare prove di caratterizzazione per ricavare informazioni sulla forza laterale generata dai pneumatici in funzione degli angoli di rollio e deriva.
Il confronto e la correlazione fra i risultati ottenuti con le diverse metodologie di studio forniscono strumenti a costruttori e ciclisti per scegliere, di volta in volta, la bicicletta più adatta al percorso di gara.
Si possono così controllare preventivamente le conseguenze di una modifica alla geometria del modello sul suo comportamento dinamico senza dover effettuare prove su strada.

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1 Introduzione Chiunque abbia utilizzato una bicicletta ha avuto esperienza diretta della sua stabilità e, soprattutto, della sua instabilità. Instabilità che si manifesta in molti modi: in discesa quando lo sterzo inizia a sbandare rendendo la bicicletta incontrollabile; perdendo momentaneamente il controllo quando la bicicletta incontra un ostacolo presente sulla strada; non riuscendo a pedalare senza mani sul manubrio. Essendo la bicicletta un mezzo molto diffuso, spesso utilizzato da ciclisti inesperti, è necessario che essa abbia un comportamento intuitivo, esente da reazioni brusche e improvvise, così da risultare facile e sicura da condurre. Risulta fondamentale per questo conoscere l'influenza che la geometria della bicicletta esercita sulla sua stabilità. Nell'uso agonistico, invece, è di primaria importanza conoscere il legame fra maneggevolezza, manovrabilità e parametri geometrici della bicicletta. Infatti, a seconda della gara da affrontare (su strada, su pista oppure in fuoristrada) e delle condizioni (superfici asfaltate, pavé, sterrato…), il ciclista professionista predilige una bicicletta più stabile, quindi poco influenzata da disturbi esterni, o più maneggevole, quindi più rapida nei cambi di traiettoria. Le modifiche sulla geometria della bicicletta influenzano direttamente la sua stabilità intrinseca (self-stability): questo ha un impatto immediato sulle sensazioni di maneggevolezza e manovrabilità percepite dal ciclista. Oggetto di questa tesi è l'analisi dell'influenza dei parametri geometrici sulla dinamica e la stabilità di una bicicletta per uso agonistico.

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Parole chiave

dinamica
stabilità
biciclette
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