Om hier nog op terug te komen: dit kan berekend worden en dat is ook waar de ingenieurs hun framedesign op baseren, al dan niet met echt testwerk.
Laten we voor het gemak even mijn goedkope stadsfiets nemen. Het frame is gemaakt van een veelvoorkomende aluminiumsoort, namelijk 6061, welke een vloeigrens heeft van ongeveer 55 MPa, dus 55 miljoen N/m
2. De dunste framebuis is 4 cm in diameter en als dikte neem ik een erg dunne 1 mm, dan is de oppervlakte dus 2*pi*(0.04/2)*0.001 = ongeveer 1.25*10
-4 m
2. Deel de twee getallen op elkaar en dat betekent dat het aluminium zal vloeien (blijvend vervormen) bij een kracht van 6875 N; met andere woorden, wanneer er een kracht op hangt die equivalent is aan 700 kg zal pas de buis vervormen, daaronder gebeurt helemaal niks en blijft het materiaal de stijfheid behouden. Dit getal is enorm; in de praktijk zal een alu frame echt niet vloeien/vervormen. Zelfs bij een superdunne 0.5 mm buisdikte moet er ruim 3400 N aan kracht werken op deze buis voordat er iets gebeurt...
Dan nog iets over metaalmoeheid: In
http://s3.amazonaws.com/a...ty_on_the_fatigue_lim.pdf gaat het hierover, zie figuur 2e op pagina 249. Te zien is dat deze aluminiumlegering oneindig te belasten is onder 70 MPa (volgens de tekst 75±18 MPa, dus in het slechtste geval 57 MPa, heel dicht bij de 55 MPa van Al 6061, dus een goede referentie), want er is een horizontale rechte lijn; het aantal belastingscycli is dan theoretisch oneindig.
Andere bronnen zeggen dat aluminium wel degelijk slechter wordt na een aantal cycli en dan wordt de grens van 10
7 cycli gebruikt, oftewel tien miljoen keer trekken/duwen aan het materiaal, en dat komt ook overeen met de een goede designdruk (y-as in figuur 2e), aangezien daar de lijn de 'fatigue limit' raakt. Stel dat we elke gereden kilometer een belachelijk aantal van tien keer het frame belasten, dus tien keer heel hard remmen of optrekken. Dan gaat het aluminium frame, jawel, precies een miljoen kilometer mee voordat het zou falen...en daarmee wordt bedoeld dat het aluminium gaat uitrekken; om het echt te laten breken is er veel meer druk nodig, namelijk zo'n 130 MPa voor Al6061. Realistisch gezien belast niemand zijn frame tien keer per kilometer en zeker niet met een druk die gelijk of hoger is dan de vloeigrens van 55 MPa, daarop hebben de designers de juiste buizendiameter en -dikte gekozen, dus een frame zal realistisch gezien nooit vloeien, dus ook niet minder stijf worden en al helemaal niet breken.
Uiteraard is dit slechts theorie en kan er altijd wel wat gebeuren omdat er defecten zitten in het materiaal tijdens productie of een slechte las of wat dan ook, waardoor er wel echte framebreuken zijn. Of de designers zoeken de grenzen op en gebruiken het minimum aan aluminium om economische redenen, waardoor een enkel frame toch vloeit of zelfs breekt. Maar deze kans is gewoon nihil met degelijke kwaliteitscontroles.
Moraal van het verhaal: materiaaleigenschappen van aluminium (in dit geval specifiek de vloeigrens) zijn bekend en ingenieurs kunnen heel goed een frame ontwerpen dat sterk genoeg zal zijn om nooit te vervormen door simpelweg de buisdikte of diameter goed af te stemmen. Hierbij is zelfs een millimeter aan buisdikte extra genoeg om een buis een stuk sterker te maken. Ga er maar gerust vanuit dat een verminderde framestijfheid door de jaren heen een keiharde mythe is (want de vloeigrens wordt echt niet opgezocht) en framebreuken al helemaal.
[
Voor 3% gewijzigd door
CaptainPanda op 22-09-2016 17:33
. Reden: oeps, pi*r^2 gebruikt ipv 2pi*r, nu is de berekening zelfs nog gunstiger ]