Andando de bicicleta com o Simcenter
- Alvaro Filho
- 23 de set.
- 6 min de leitura
Em 1817, Karl Drais deu o pontapé inicial ao criar a Draisine, considerada o marco inicial do conceito de bicicleta. Esse invento revolucionou a forma como as pessoas se movimentavam utilizando apenas a força do próprio corpo.
Desde então, a evolução das bicicletas passou a depender fortemente de engenharia de ponta. O que caracteriza as grandes bicicletas e componentes atuais é o fato de serem resultado de processos de desenvolvimento baseados em simulações e testes rigorosos. Assim como ocorre na indústria automotiva e aeronáutica, o desenvolvimento virtual de produtos e as medições avançadas tornaram-se parte fundamental para alcançar desempenho, segurança e conforto superiores nas bicicletas modernas.
Pedale mais rápido – CFD de aerodinâmica e o poder das GPUs
Desde a primeira Draisine, um desafio muito óbvio no aprimoramento das bicicletas era torná-las mais rápidas. Tornar uma bicicleta mais rápida significa menos atrito. E menos atrito significa duas coisas: primeiro, menor atrito mecânico na transmissão e entre as rodas e o solo. E, segundo, menos atrito do ar, também conhecido como arrasto, o que se traduz em melhor aerodinâmica.
E embora calças justas só nos levem até certo ponto, para máquinas de corrida de alto desempenho, a simulação CFD teve que conquistar o mundo do desenvolvimento de bicicletas para torná-las o mais eficiente possível no ar. E para projetar uma bicicleta mais rápida, a tecnologia de resolução CFD nativa de GPU chegou bem a tempo, como a Trek Bicycle demonstrou de forma impressionante no Tour de France 2024.
Pedale mais – Projete a exploração espacial
Mas, enquanto isso, empresas como a Trek não apenas executam uma simulação CFD única para ver como um projeto funciona e depois mexem um pouco em outro. Não, elas executam fluxos de trabalho automatizados de exploração de projeto para analisar o desempenho de centenas de projetos (é aí que o HPC hospedado na nuvem e o CFD acelerado por GPU se tornam bastante úteis). Para dar uma ideia do nível de cuidado que a otimização aerodinâmica de bicicletas de corrida exige hoje: a Trek identificou a posição ideal das garrafas de água para minimizar o arrasto, identificou a posição ideal do ciclista em condições de vento variáveis e encontrou a configuração ideal de direção para uma equipe de quatro ciclistas.
Além disso, esses estudos de otimização não se concentram mais apenas em um atributo de desempenho. Indo um passo além, a Trek analisou uma otimização multiatributos do desempenho aerodinâmico e do peso do quadro.
Passeio mais seguro – Teste de impacto de capacete
Se você pedala rápido, é melhor pedalar com segurança. Mas mesmo que seja só para buscar as crianças na creche ou ir ao supermercado, quando saio para um passeio rápido e esqueço meu capacete, imediatamente me sinto um pouco nu. A boa notícia é que os capacetes usados hoje melhoraram significativamente em termos de segurança e conforto em comparação com aqueles que se usavam no passado. Isso graças à melhoria contínua dos produtos, aos novos materiais e aos designs estruturais inteligentes, impulsionados pela homologação para certificação e pelo desejo do cliente por segurança e conforto.
Como um ciclista apaixonado, fiquei bastante impressionado ao perceber que nós, da Siemens, estamos realizando análises de vídeo em alta velocidade, posicionamento da cabeça por laser e aquisição de dados sem fio para fornecer testes de capacete altamente precisos e repetíveis. Nossos especialistas podem até avaliar o nível de proteção que um capacete de segurança pode oferecer contra lesões cerebrais geradas por acelerações críticas de rotação. Em cooperação com os fabricantes de capacetes, entramos nesta nova era de testes de capacetes, contribuindo para a melhor proteção possível para a cabeça.
Os profissionais da Siemens realizam análises de vídeo em alta velocidade, posicionamento da cabeça por laser e aquisição de dados sem fio para fornecer testes de capacete altamente precisos e repetíveis. Os especialistas podem até avaliar o nível de proteção que um capacete de segurança pode oferecer contra lesões cerebrais geradas por acelerações críticas de rotação.
Ride cooler – Aerodinâmica do capacete e conforto térmico CFD
Segurança é uma coisa, mas se você estiver em uma viagem longa, conforto (térmico) é outra. Mas, assim como acontece com os veículos, quando se trata de capacetes, há uma luta constante entre aerodinâmica e resfriamento. Felizmente, os engenheiros de hoje têm a simulação CFD avançada na ponta dos dedos. Abaixo estão alguns exemplos de como a dinâmica de fluidos combinada com a transferência de calor permite insights para encontrar soluções ideais na relação entre conforto térmico e baixo arrasto dos capacetes.
Vá mais longe – Simulação de sistema para transmissão hidráulica ultraleve
Quando se trata de bicicletas, admito que ainda sou um desses puristas teimosos. Nenhuma bicicleta elétrica chegou à minha garagem (ainda). No entanto, tenho que admitir que consigo entender o apelo (talvez seja exatamente por isso que tento ficar longe delas em primeiro lugar. Uma vez conectadas, parece que voltar atrás é impossível, é o que continuo ouvindo).
Sejam quais forem seus sentimentos pessoais, o sucesso das bicicletas elétricas é, na verdade, uma ótima notícia. Para os seres humanos, para este planeta. Muitas pessoas que provavelmente nunca teriam pegado uma bicicleta, que teriam usado o carro mesmo para curtas distâncias, teriam afirmado que estariam encharcadas de suor se não fosse o desenvolvimento da bicicleta elétrica que as fez mudar de ideia. Acima de tudo, o sucesso das bicicletas elétricas foi impulsionado pela inovação na tecnologia de baterias. Mas também o design do motor elétrico e até mesmo a reformulação dos sistemas de transmissão tornaram as bicicletas elétricas um playground interessante para engenheiros.
Pedale com mais silêncio – Aproveitando o Simcenter para testar a acústica de bicicletas elétricas
Quando se trata de e-bikes, o alcance não é de longe a única coisa no escopo dos engenheiros. O ruído é igualmente importante. E como você não pode simplesmente tornar uma e-bike completamente silenciosa, trata-se de criar conforto acústico para o ciclista. E adivinhe, as empresas líderes estão investindo pesadamente nessas experiências acústicas. Veja a Trek Bicycles novamente, eles são pioneiros no conceito de colocar a qualidade do som no mapa métrico de e-mountain bikes, pois continua sendo um tópico quente na indústria. Da mesma forma, a MAHLE, que usa as soluções de teste Simcenter para otimizar a análise de ruído-vibração-aspereza (NVH) do sistema de transmissão de e-bikes e para testes de fim de linha.
Passeio mais suave - O avô de todo conforto
Falando em vibração, não tem como deixar de mencionar esta: é provavelmente a parte mais subestimada de quase todas as bicicletas modernas. Com pouco mais de 2,5 cm de comprimento, esta pequena peça salvou bilhões de ciclistas nos últimos 130 anos. Se não fosse pelo escocês Dunlop e sua pequena invenção, provavelmente os pneus de borracha rígidos ainda estariam sendo usados. Mas, graças à invenção da válvula de bicicleta Dunlop em 1891 (patente americana US455899), é possível encher os pneus com tranquilidade e desfrutar do prazer do amortecimento a ar. Agora, se você se diz um entusiasta de bicicletas, pode explicar como uma válvula dessas realmente funciona? Não? Bem, aqui está uma pequena simulação de interação fluido-estrutura que pode lhe dar algumas dicas que você lembrará na próxima vez que precisar bombear...
Dirija com mais coragem – Simcenter para uma roda monocoque segura e de baixo arrasto
Ok, vamos mudar de marcha novamente. E no ciclismo, mudar de marcha sempre significa falar de carbono. No competitivo mundo do ciclismo, a engenharia inovadora desempenha um papel crucial. Na vanguarda da tecnologia, ganhos marginais podem ser a diferença entre vencer e perder. Esse é o campo de jogo da Radiate Engineering & Design AG. A colaboração da Radiate com a Scott Sports levou ao desenvolvimento do Syncros Capital SL, um conjunto de rodas que deixa qualquer entusiasta de bicicletas impressionado.
O destaque: "A Capital SL é uma construção monobloco, ou o que chamamos de monobloco, o que significa que o aro e os raios são fundidos em uma única peça", afirma Frederic Poppenhäger, sócio da Radiate. Esse design aprimora a integridade estrutural e reduz a inércia rotacional, resultando em melhor transmissão de potência e ganhos substanciais de velocidade para os ciclistas. Por meio de simulações, a Radiate avaliou diversos formatos e geometrias de aro, otimizando a aerodinâmica e o desempenho estrutural sem a necessidade imediata de modelos físicos. Além de reduzir o arrasto em 7%, a Radiate também melhorou a confiança e a segurança do ciclista, garantindo maior estabilidade em ventos cruzados. Para permitir uma pilotagem mais ousada.
Pedalando juntos
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