В процессе эксплуатации велосипеда на раму действуют нагрузки, которые многократно повторяются. Эти циклические нагрузки возникают от неровностей дорожного полотна: ямы, кочки, выбоины в асфальте и др. Когда в различных конструкциях начали использовать алюминиевые сплавы (особенно в авиации и космонавтике), то проведённые исследования показали, что однократная нагрузка не вызывает деформаций и разрушения материала, но определённое количество циклов нагрузок в материале конструкций вызывало деформацию, трещины и последующее за этим разрушение.
Это явление характеризуется термином «усталостное разрушение». Количество циклов нагружения, которое приводит к разрушению назвали «усталостной долговечностью».
Те же исследования показывали, что наличие трещин, вмятин, отверстий, сварных швов в наиболее нагруженных местах конструкции снижает долговечность самой конструкции на порядок. Такая тенденция называется «локальная концентрация напряжения». Даже небольшое отверстие в конструкции способствует увеличению напряжения рядом с собой как минимум в 2 раза, а царапина достаточной глубины в 5-6 раз. Трещина повышает локальное напряжение до предела текучести и поэтому планомерно увеличивается с возрастающей скоростью.
Насколько долговечна рама велосипеда
Такие свойства сплавов из алюминия вынуждают конструкторов рам проектировать их таким образом, чтобы напряжения в раме распределялись как можно более равномерно. Поэтому, в местах стыка труб и сварных швов увеличивают толщину труб — так называемый баттинг. Также изменяют высоту сечения трубы в плоскости, которой она наиболее нагружена, используя переменное овальное сечение. Для более равномерного распределения нагрузок применяют профилирование, гидроформинг, усиление косынками или сварку рамы из листа (технология монокок).
Стальные конструкции также испытывают явления усталости, но в меньшей мере. Стали более долговечны и имеют больший предел усталости. Они выдерживают намного большее количество циклов нагрузок, но также до определённого момента.
Вообще, долговечность алюминиевой рамы во многом зависит от сплава, из которого она сделана. Если взять две рамы из разных сплавов, имеющих между собой разницу усталостного разрушения в 1,5 раза, то соответственно одна из них прослужит на 50% дольше. Но, если на ней будет кататься человек весом в 1,5 раза больше, то срок службы обоих рам будет одинаковым. Это правило действует только если геометрия двух рам одинаковая.
Также читать на эту тему:
Методы изготовления велосипедных рам. Чтобы соединить между собой трубы, из которых состоит рама велосипеда применяют три основных метода…
Материал рамы велосипеда. В чистом виде алюминий не используется. Существует большое количество различных сплавов, содержащих в различном процентном соотношении кремний, магний, цинк и медь…
Баттинг в велосипедостроении. Баттинг начали использовать ещё в 70-х годах прошлого столетия на стальных рамах, когда появились технологии изготовления труб с разной тощиной стенок по её длине. Когда алюминиевые рамы вытеснили металлические…
Технология Монокок. Впервые такую технологию применяли на стальных рамах. Монококовыми рамами называют также конструкции, где трубы свариваются между собой на отдельном участке, а не по всей длине, например в районе рулевой колонки или каретки…
Гидроформинг при производстве велосипедных рам. Особенно такая технология эффективна при формировании герметичных пустотелых деталей велосипеда. Формирование высоким внутренним давлением жидкости осуществляется после помещения заготовки в…
