鄧作梁1 鄭凱文2

(1. 修平技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)系 臺(tái)中 41280 中國(guó)臺(tái)灣；

2. 大葉大學(xué)機(jī)械工程研究所 彰化 51591 中國(guó)臺(tái)灣)

摘要：手把是自行車重要支撐及承受負(fù)荷的零件，尤其自行車手把受到踩踏力以及騎乘者質(zhì)量所產(chǎn)生的反力與壓力相當(dāng)大，故在設(shè)計(jì)初期須以自行車手把的強(qiáng)度與剛性為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并且必須要符合法規(guī)要求，以確保其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全性。為建立CAE 設(shè)計(jì)與模擬分析技術(shù)在自行車結(jié)構(gòu)的研發(fā)能量，以競(jìng)賽型自行車手把為研究對(duì)象，并藉由競(jìng)賽型自行車手把設(shè)計(jì)重點(diǎn)的探討，改變傳統(tǒng)圓形截面的手把，設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的手把截面幾何形狀及管壁厚度，以減少因尺寸增加造成固定端應(yīng)力集中增加的現(xiàn)象，并改善手把因受力變形導(dǎo)致踩踏能量損耗的現(xiàn)象。進(jìn)行手把幾何尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到比傳統(tǒng)圓形截面手把更輕且更強(qiáng)的競(jìng)賽型手把設(shè)計(jì)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)必須再依照歐盟EN 14781 靜力與疲勞測(cè)試法規(guī)，及德國(guó)DIN 79100沖擊測(cè)試法規(guī)進(jìn)行測(cè)試模擬，以確保所設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)符合法規(guī)規(guī)范。此競(jìng)賽型手把數(shù)值模型的設(shè)計(jì)分析方法可提供相關(guān)產(chǎn)業(yè)未來(lái)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)的參考。

關(guān)鍵詞：自行車 自行車手把 優(yōu)化設(shè)計(jì) ANSYS

中圖分類號(hào)：TP391

前言*

自行車支撐騎乘者的3 個(gè)部位分別為手把、坐墊及腳踏板，由于車手把只利用豎管將中央固定并與頭管連接，而兩端承受手部施予向上拉力、向下壓力以及路面?zhèn)鱽?lái)的沖擊，沒(méi)有與其他桿件連接，故為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較脆弱處。競(jìng)賽型自行車的行駛環(huán)境一般為平整路面，甚至為專用跑道，幾乎不會(huì)承受路面導(dǎo)致的沖擊。由于該型自行車的設(shè)計(jì)目的在于競(jìng)速，所以減少能量的耗損是相當(dāng)重要的。雖然減少了路面導(dǎo)致的沖擊，但是騎乘者施予車架結(jié)構(gòu)的力量卻非常大，尤其是在全力沖刺時(shí)，手把受到踩踏力而產(chǎn)生的反向上拉力及騎乘者體重所產(chǎn)生的向下壓力，都需要由手把結(jié)構(gòu)來(lái)吸收。因手把只有中央固定且沒(méi)有其他管件連接，故受力后極易在固定端造成應(yīng)力集中，且于自由端發(fā)生大幅度的撓曲。若自行車手把的剛性不足，則騎乘者的踩踏力將無(wú)法藉由高剛性的手把輔助而完全發(fā)揮出來(lái)，每一次踩踏所產(chǎn)生的手把撓曲現(xiàn)象都會(huì)損失部分能量。另外自行車手把會(huì)依騎乘者體型而有不同尺寸的設(shè)計(jì)，其中寬度對(duì)手把剛性的影響較大。目前廠商在設(shè)計(jì)制造手把時(shí)，并未針對(duì)不同尺寸的同款手把進(jìn)行適化設(shè)計(jì)，以減少不同尺寸產(chǎn)生不同負(fù)荷的影響。自行車是一種單軌跡車輛，其構(gòu)造雖然簡(jiǎn)單但其運(yùn)動(dòng)自由度多且復(fù)雜，故對(duì)自行車的設(shè)計(jì)除應(yīng)該注意到所有結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，以確保騎乘的安全外，尚須考慮其自行車質(zhì)量以及踩踏能量損失等問(wèn)題。1993 年STONE 等[1]提出騎乘者體重對(duì)結(jié)構(gòu)負(fù)載的影響，提出了體重較重的騎乘者、較大的踩踏力(最大車速快、加速度大)、較快的速度都是增加結(jié)構(gòu)負(fù)載的原因，反之較輕的騎乘者、較小的踩踏力、較慢的車速相對(duì)于車架的負(fù)載較小。1994 年LESSARD等[2]利用I-DEAS 設(shè)計(jì)復(fù)合材料的自行車車架結(jié)構(gòu)，文中設(shè)計(jì)兩款復(fù)合材料結(jié)構(gòu)且有別傳統(tǒng)構(gòu)型，并針對(duì)其剛性及舒適性加以分析比較，結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)的兩款復(fù)合材料車架擁有較好側(cè)向剛性，并且比傳統(tǒng)車架更加舒適。2004 年謝勝任[3]利用電腦模擬分析的技術(shù)來(lái)探討鉆石型自行車車架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力分布以及結(jié)構(gòu)壽命， 并進(jìn)行其結(jié)構(gòu)最適化設(shè)計(jì)。2005 年陳慶祥[4]提出了自行車車架性能比較測(cè)試方法，將市售8 款包含登山型及競(jìng)賽型自行車車架，依照車首管垂直及側(cè)向靜力測(cè)試、后三角垂直及側(cè)向靜力測(cè)試、五通水平靜力測(cè)試、后倒沖擊性能測(cè)試等項(xiàng)目，進(jìn)行試驗(yàn)并擷取包含變形量及加速度等測(cè)試數(shù)據(jù)，以評(píng)價(jià)各車架的剛性、剎車性能、踩踏效率、操控性及舒適性等各項(xiàng)車架性能。2005 年宋宜駿[5]利用ANSYS 有限元分析軟件對(duì)復(fù)合材料自行車架進(jìn)行分析，探討應(yīng)力集中處并加以補(bǔ)強(qiáng)，分別針對(duì)前叉正向及側(cè)向剛性測(cè)試模擬、車架單及雙邊剛性測(cè)試模擬及車架頭管剛性測(cè)試模擬進(jìn)行分析及補(bǔ)強(qiáng)，有效改善各部位的剛性。1999 年LORENZO等[6]實(shí)際擷取自行車行駛時(shí)手把的負(fù)載歷程，利用雨流法歸納出主要負(fù)載歷程再進(jìn)行測(cè)試；并使用動(dòng)態(tài)負(fù)載方法，預(yù)估自行車手把及其他重要結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。2002 年MCKENNA 等[7]使用單一方向負(fù)載疲勞測(cè)試方法預(yù)估自行車手把的疲勞壽命，找出手把最大負(fù)載的方向進(jìn)行并進(jìn)行疲勞測(cè)試，以幫助自行車手把設(shè)計(jì)及通過(guò)各項(xiàng)測(cè)試法規(guī)。2002 年CHANG[8]提出復(fù)合材料自行車手把的應(yīng)力及破壞分析步驟與方法。1998 年SEIBI 等[9]采用有限元分析對(duì)復(fù)合材料自行車的圓管結(jié)構(gòu)及最適化進(jìn)行分析。

手把是自行車重要支撐及承受負(fù)荷的零件，故在設(shè)計(jì)初期必須要嚴(yán)格遵守法規(guī)要求，以確保其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全性。一般使用者對(duì)自行車的要求是：能耐用、不變形、不破壞，由于騎乘者是用自己的體力驅(qū)動(dòng)自行車，單憑以上概念是不夠的，原因是每踩踏一次，車架與各部結(jié)構(gòu)就會(huì)承受一次撓曲或扭轉(zhuǎn)，這不僅是踏力上的損失，而且由于前后輪的姿勢(shì)變化，增加自行車的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，產(chǎn)生負(fù)面不利影響，在自行車結(jié)構(gòu)上只做到“不彎曲、不折斷”是不夠的，必須再考量“結(jié)構(gòu)不得輕易撓曲或扭轉(zhuǎn)”的結(jié)構(gòu)剛性。自行車結(jié)構(gòu)剛性的考量與汽車或摩托車不同，最大原因有以下3 點(diǎn)：① 自行車與其他車輛不同，緩沖裝置較少；② 自行車左右受踏的踏板距車架中心各約100 mm，容易對(duì)車架產(chǎn)生極大的扭轉(zhuǎn)，手掌出力亦會(huì)對(duì)手把產(chǎn)生撓曲現(xiàn)象；③ 汽車引擎的2 000～3 500 r/min 高轉(zhuǎn)速，扭矩大致一樣，自行車則是靠雙腳踩踏，約50～150 r/min 的低轉(zhuǎn)速，扭矩的變動(dòng)極大。以上都是損失騎乘者踩踏力的原因，故自行車在設(shè)計(jì)各部結(jié)構(gòu)時(shí)必須將手把結(jié)構(gòu)剛性納入考量。由于過(guò)去自行車手把的構(gòu)形較為簡(jiǎn)單，皆是采用圓管進(jìn)行彎折加工，以達(dá)到所需的構(gòu)形，因此手把所有位置皆為圓形截面。圓形管件雖對(duì)扭矩及彎矩有較好的抵抗能力，但是若能針對(duì)手把構(gòu)形所產(chǎn)生的最大負(fù)載方向，設(shè)計(jì)出能抵抗其負(fù)載的截面形狀，將可以有效增加手把的強(qiáng)度、剛性及耐用度。目前復(fù)合材料及金屬材料，都可加工成任何不同截面形狀的管材，所以設(shè)計(jì)不同管形或加大中央固定部位的管徑，都是目前制造商增加手把性能的方法。

中國(guó)臺(tái)灣省自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展非常蓬勃，無(wú)論成車廠或零件廠都需要設(shè)計(jì)與分析的人才，但目前為數(shù)眾多的廠商，仍然依照傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)法則制造自行車手把，故無(wú)法提供最安全且最適用的產(chǎn)品。由于自行車手把設(shè)計(jì)制作過(guò)程若完全采用試驗(yàn)測(cè)試將增加研發(fā)時(shí)程與成本，故有效運(yùn)用CAE 技術(shù)于自行車車架及手把等零組件的設(shè)計(jì)與分析上，可達(dá)到增進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的品質(zhì)與效能的目的。為建立CAE設(shè)計(jì)與模擬分析技術(shù)在自行車結(jié)構(gòu)的研發(fā)能量，本文以競(jìng)賽型自行車手把為研究對(duì)象，并藉由競(jìng)賽型自行車手把設(shè)計(jì)重點(diǎn)的探討，改變傳統(tǒng)圓形截面的手把，設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的手把截面幾何形狀及管壁厚度，以減少因尺寸增加造成固定端應(yīng)力集中增加的現(xiàn)象，并改善手把因受力變形導(dǎo)致踩踏力損耗的現(xiàn)象。最后進(jìn)行手把幾何尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到比傳統(tǒng)圓形截面手把更輕且更強(qiáng)的競(jìng)賽型手把設(shè)計(jì)。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)必須再經(jīng)歐盟EN 14781 的靜力與疲勞測(cè)試法規(guī)、德國(guó)DIN 79100 的沖擊測(cè)試法規(guī)進(jìn)行測(cè)試模擬，以確保所設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)符合法規(guī)規(guī)范。此競(jìng)賽型手把數(shù)值模型的設(shè)計(jì)分析方法可用作相關(guān)產(chǎn)業(yè)未來(lái)在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)的參考。

1 競(jìng)賽型手把的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

競(jìng)賽型自行車手把在騎乘者操作下，在手把固定端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)及撓曲與下把位彎曲處產(chǎn)生撓曲現(xiàn)象，將損耗踩踏力的能量；且對(duì)較寬的手把其固定端易造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，以及自由端較大的撓度現(xiàn)象將損耗能量；由于設(shè)計(jì)出不同截面形狀的手把，可有效提高手把結(jié)構(gòu)彎曲性及扭轉(zhuǎn)剛性，進(jìn)而減少能量耗損，例如若將管形設(shè)計(jì)成橢圓形，則可利用橢圓長(zhǎng)軸部分較大的慣性矩來(lái)抵抗撓曲。本節(jié)將分別設(shè)計(jì)一款圓形截面形狀的競(jìng)賽型手把，及兩款不同橢圓形截面形狀競(jìng)賽型手把，如圖1 所示，并利用靜力強(qiáng)度測(cè)試分析，比較3 種構(gòu)形手把的固定端及下把位彎曲處的應(yīng)力值、自由端撓度及手把質(zhì)量。若能有效降低應(yīng)力值、撓度及質(zhì)量的手把截面構(gòu)形，即代表該款手把截面構(gòu)形擁有較佳的結(jié)構(gòu)剛性，且能夠減少踩踏力的損失，并達(dá)到輕量化及降低制作成本的目的。

圖1 手把截面形狀示意圖

1.1 手把有限元模型

自行車手把材料為鋁合金6061-T6，其密度為2.7 g/cm3，彈性模量為68.9 GPa ，屈服強(qiáng)度為 255MPa，極限抗拉強(qiáng)度為290 MPa，泊松比為0.33。競(jìng)賽型手把有限元模型的建構(gòu)中，在圓形截面手把方面：首先在Solid works 繪圖軟件內(nèi)建構(gòu)出自行車手把構(gòu)型中心線，再將此中心線匯入ANSYS 有限元分析軟件，在模型中心線中央建立一圓形截面，指定繞行的中心線，建立實(shí)體管形。其圓管半徑為12.7 mm，厚度為2.0 mm，寬度為380.0 mm，使用殼元素為數(shù)值模型元素，并設(shè)定結(jié)構(gòu)材料參數(shù)，再進(jìn)行有限元模型網(wǎng)格劃分，如圖2 所示；圓形截面

手把有限元模型共計(jì)有6 200 個(gè)元素及9 300 個(gè)節(jié)點(diǎn)。在第1 款橢圓截面A 型手把方面：于模型中心線中央建立一橢圓形截面，其截面積應(yīng)等于圓形手把截面積，指定繞行的中心線，建立實(shí)體管形，其橢圓形長(zhǎng)軸(y 軸) 半徑為16.12 mm，短軸(x 軸) 半徑為10 mm，厚度為2 mm，寬度為380 mm，使用殼元素為數(shù)值模型元素，并設(shè)定結(jié)構(gòu)材料參數(shù)，再進(jìn)行有限元模型網(wǎng)格劃分，如圖3 所示；橢圓截面A 型手把有限元模型共計(jì)有6 200 個(gè)元素及9 300個(gè)節(jié)點(diǎn)。在第2 款橢圓截面B 型手把方面，于模型中心線中央建立另一長(zhǎng)軸方向的橢圓形截面，其截面積應(yīng)等于圓形手把截面積，指定繞行的中心線，建立實(shí)體管形。其橢圓形長(zhǎng)軸(x 軸)半徑為14.6mm，短軸(y 軸)半徑為11.0 mm，厚度為2.0 mm，寬度為380.0 mm，使用殼元素為結(jié)構(gòu)模型元素，再進(jìn)行有限元模型網(wǎng)格劃分，如圖4 所示；橢圓截面B 型手把有限元模型共計(jì)有6 200 個(gè)元素及9 300個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1.2 手把靜力強(qiáng)度分析

自行車在行進(jìn)間手把受到騎乘者上拉與下壓的負(fù)載會(huì)造成手把變形而損失踩踏力，分別對(duì)此3款手把進(jìn)行靜力強(qiáng)度測(cè)試分析，藉由結(jié)構(gòu)應(yīng)力值及撓度結(jié)果來(lái)比較出手把的性能。首先將3 款有限元手把模型中央(35 mm)部分的所有自由度拘束，并在距自由端50 mm 處向下施加1 kN 力。3 款手把的應(yīng)力與撓度計(jì)算結(jié)果如表1 所示，由表1 得知，圓形截面的手把質(zhì)量為318.16 g，下把位彎曲處的應(yīng)力為241.85 MPa，固定端的應(yīng)力為255.87 MPa，自由端撓度21.68 mm；橢圓截面A 型手把的質(zhì)量為254.72 g，下把位彎曲處的應(yīng)力為239.30 MPa，固定端的應(yīng)力為261.48 MPa，自由端撓度17.32 mm；橢圓截面B 型手把的質(zhì)量為335.02 g，下把位彎曲處的應(yīng)力為243.53 MPa，固定端的應(yīng)力為249.52MPa，自由端撓度22.95 mm。上述3 款截面形狀的手把構(gòu)形中，在手把兩個(gè)應(yīng)力集中部位下把位彎曲處及固定端之應(yīng)力值相差不大，但橢圓截面A 型手把能夠有效地減少結(jié)構(gòu)質(zhì)量，且可有效減少自由端的撓度，顯示橢圓截面A 型手把為較佳的設(shè)計(jì)，可有效減少踩踏能量的損耗。

2 競(jìng)賽型手把的優(yōu)化設(shè)計(jì)

自行車手把除須符合法規(guī)測(cè)試的基本要求外，廠商希望產(chǎn)品能夠使用更少的材料，并提供更大的強(qiáng)度，不僅能夠降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)能，增加產(chǎn)品價(jià)值，更可展現(xiàn)廠商在設(shè)計(jì)及制作的工藝。要達(dá)到以上的目標(biāo)，除了一般的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析外，還須配合結(jié)構(gòu)最適化設(shè)計(jì)，方可獲得完美可靠的產(chǎn)品。管徑尺寸、管壁厚度、截面形狀及橢圓比率都是影響自行車手把剛性的因素，然而并非增加所有適合參數(shù)即可成為最好的產(chǎn)品，很可能因此造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)及材料浪費(fèi)的情況，而增加不必要的質(zhì)量與成本，故必須在符合法規(guī)要求的前提下，盡可能增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛性并維持較小的質(zhì)量，因此手把必須進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方可達(dá)到以上目標(biāo)。

本節(jié)以產(chǎn)品中常用380 mm 寬度之橢圓A 型手把的寬度尺寸作為最適化設(shè)計(jì)的尺寸依據(jù)。在手把優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)變量為手把管形的長(zhǎng)軸半徑ra、短軸半徑rb 及管壁厚度δ；限制條件為手把總重以及截面形狀橢圓比(短軸半徑除以長(zhǎng)軸半徑，即rb /ra)，此手把質(zhì)量變數(shù)設(shè)一上限，即相同寬度的圓形截面手把總質(zhì)量為上限；目標(biāo)函數(shù)則為固定端的應(yīng)力最小值。首先設(shè)計(jì)380 mm 的手把最適化參數(shù)，設(shè)計(jì)變數(shù)范圍設(shè)定為：長(zhǎng)軸半徑ra=12～18 mm，短軸半徑rb=9～13 mm、截面形狀的橢圓比R=0.5～1.0、管壁厚度δ =1.0～2.2 mm；限制條件為小于相同寬度的圓形截面手把質(zhì)量318.16 g.

由以上結(jié)果得知，自行車手把配合適當(dāng)?shù)墓軓?、管形、管厚即可有效減少質(zhì)量、應(yīng)力值及自由端撓度，達(dá)到輕量化及增加強(qiáng)度及剛性的目的，并減少踩踏能量損失，更有效解決了大尺寸手把在固定端較為嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3 自行車手把法規(guī)測(cè)試模擬

經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)必須再進(jìn)行法規(guī)測(cè)試模擬，以確保所設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)符合法規(guī)規(guī)范，以下將以最適化設(shè)計(jì)的手把結(jié)構(gòu)，采用歐盟EN 14781的靜力與疲勞測(cè)試法規(guī)，及德國(guó)DIN 79100 的沖擊測(cè)試法規(guī)進(jìn)行測(cè)試模擬。

3.1 手把靜力測(cè)試法規(guī)

依據(jù)歐盟EN 14781 法規(guī)的靜力測(cè)試規(guī)范，系于自行車手把中央部份固定，并在距手把末端50mm±1 mm 處，施予向下1 000 N 的作用力，并施力維持1 min，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為測(cè)試時(shí)，手把不得出現(xiàn)裂縫或裂痕，且作為測(cè)定測(cè)試力作用點(diǎn)的永久變形量不得超過(guò)15 mm，如圖5 所示。將寬度380 mm 的橢圓形截面手把依照法規(guī)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，得到測(cè)試力作用點(diǎn)的永久變形量為0.9 mm，其作用點(diǎn)的撓度量如圖6 所示。由于手把的永久變形量均小于法規(guī)要求的最大永久變形量15 mm，故此最適化設(shè)計(jì)的競(jìng)賽型手把均通過(guò)EN 14781 的靜力測(cè)試規(guī)范。

3.2 手把疲勞測(cè)試

依據(jù)歐盟EN 14781 法規(guī)的疲勞測(cè)試規(guī)范，系于自行車手把中央部位固定，于下把位彎曲處中央施以±400 N 同向作用力循環(huán)100 000 次，最大測(cè)試頻率為25 Hz，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為測(cè)試過(guò)程中，車手把不得出現(xiàn)斷裂或裂痕，如圖7 所示。將寬度380 mm的橢圓形截面手把依照法規(guī)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，得到其疲勞壽命次數(shù)為150 000 次，其應(yīng)力集中部位接近固定端如圖8 所示，此部位亦為疲勞破壞的起始點(diǎn)。由于手把的疲勞壽命均超過(guò)法規(guī)的100 000次要求，故此最適化設(shè)計(jì)的競(jìng)賽型手把均通過(guò)EN14781 的疲勞測(cè)試規(guī)范。

3.3 手把沖擊測(cè)試

依據(jù)德國(guó)DIN 79100 法規(guī)的沖擊測(cè)試規(guī)范，系于自行車手把中央部位固定，并以一質(zhì)量10 kg 重錘，于500 mm高度垂直落下撞擊距手把端面50 mm處，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為手把無(wú)折斷且無(wú)裂痕，如圖9 所示。

將寬度380 mm 橢圓形截面手把依照法規(guī)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，于0.31 s 撞擊時(shí)手把的固定端及撞擊點(diǎn)產(chǎn)生較大的應(yīng)力值，其模擬動(dòng)態(tài)反應(yīng)如圖10所示，過(guò)程中最大應(yīng)力值為285.04 MPa，未達(dá)到材料的極限應(yīng)力290 MPa，故判定未破壞，過(guò)程中沖擊點(diǎn)的永久變形量為6.02 mm，其沖擊端撓度及最大應(yīng)力值歷程如圖11、12 所示。由上述分析結(jié)果得知此款最適化設(shè)計(jì)的競(jìng)賽型手把通過(guò)了DIN 79100的沖擊測(cè)試法規(guī)。

4 結(jié)論

(1) 手把固定端及下把位彎曲處同為騎乘時(shí)發(fā)生應(yīng)力集中部位，容易造成破壞及損耗踩踏效率，該處為設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的重點(diǎn)。另外同款自行車手把會(huì)因?qū)挾瘸叽缍a(chǎn)生不同的應(yīng)力，亦是須考量的問(wèn)題。

(2) 經(jīng)由改變競(jìng)賽型自行車手把的截面構(gòu)形可以有效降低應(yīng)力值、質(zhì)量及撓度，進(jìn)而減少踩踏能量的耗損。其中較大的管徑可以增加手把的強(qiáng)度以抵抗彎曲及扭轉(zhuǎn)；薄管壁可以減少整體質(zhì)量；橢圓截面形狀的手把可抵抗更大的彎曲力并減少質(zhì)量。

(3) 通過(guò)ANSYS 有限元分析軟件內(nèi)的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能，可以找出設(shè)計(jì)變數(shù)范圍及限制條件內(nèi)的最適當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸。