扁鋼絲與圓鋼絲的強度差異 - 單車

※ 引述《leouni (雷歐優逆)》之銘言：
: 截面積形狀 直接影響I值 叫慣性矩 或截面慣量 也叫 面積2次矩
: 直接影響抗撓度的能力 （白話叫抗彎能力）
: 截面積形狀影響非常大... 會算材力的朋友 絕對不會忽視他

會忽略的原因是鋼絲在正常使用的情況下根本不會彎曲,

所以抗撓度能力根本沒有影響. 至於為什麼根本不會彎曲,

下面會說明.


: 目前所討論為花鼓=>鋼絲=>輪框 這一段
: 輪子若以12點鐘劃分 12點鐘方向鋼絲：受拉力 （拉力破壞）
: 3點鐘同9點鐘鋼絲：受彎矩（撓曲破壞）
: 6點鐘方向鋼絲：受壓力 （細長柱挫曲）

這三種狀況除了12點鐘的正確以外, 其他都有誤.

先從6點鐘方向說起, 考慮鋼絲與輪框接合處, 也就是

銅頭. 首先來看一個編輪的影片:

http://www.youtube.com/watch?v=AOI3uBztvHc

( 重點在2:00 ~ 3:00 )

若在六點鐘方向鋼絲受到壓力, 既然是壓力, 那兩端

(花鼓跟輪框端)都要承受這個力. 花鼓要承受往中心

的力, 這個沒問題. 但是輪框要承受往外的力, 可是

鋼絲沒辦法將往外的力傳給輪框, 因為輪框是單方向

卡住銅頭. 影片2:50可以佐證輪框單方向卡住銅頭,

鋼絲穿過輪框, 我們再鎖上銅頭. 當鋼絲真正受到壓縮

的力時, 銅頭跟輪框的連接就會鬆掉, 整個銅頭就會

陷入輪框內, 就跟編輪時鋼絲穿過輪框一樣. 但我們

騎乘時沒有觀察到這現象. 說明鋼絲在六點鐘方向,

沒有承受壓力.


對於鋼絲在六點鐘承受的是拉力還有一個證據,

受張力的鋼絲若你去彈他, 他會發出聲音, 這聲音的

頻率跟張力的根號成正比. 沒附載的腳踏車每跟鋼絲

都彈的出聲音, 頻率也大致差不多. 你可以嘗試在

腳踏車上加上附載, 10kg, 20kg... etc. 越加上去,

六點鐘個鋼絲彈出來的聲音越低. 到80kg, 甚至100kg,

都還會有聲音, 當你加到某個重量, 六點鐘方向鋼絲

彈不出聲音, 這就是這輪組可接受的最大附載. 一般

這都在100kg以上了, 不過這跟廠商說的限重仍會有

差別, 因為路面的凹凸不平會讓輪組成受更大的力,

所以廠商一般都會預留一些保留空間. 由於聲音頻率

對附載重量的函數是連續的且負載在[0,最大負載)區間

內, 頻率不曾到0, 所以這彈鋼絲實驗說明, 6點鐘方向

的鋼絲是承受拉力, 不是張力.


: 3點鐘同9點鐘鋼絲：受彎矩（撓曲破壞）

再來討論3點鐘跟9點鐘方向.

要撓曲, 有一個條件, 一端要固定, 另外一端施壓.

若兩端都不固定, 那鋼絲根本不會發生彎曲, 因為

接點是活動的. 在花鼓與鋼絲的連接, 如同影片中

所見, 鋼絲是活動的. 至於鋼絲/銅頭跟輪框的連接,

也是有活動空間. 最直接的證明, 請看看你的輪組.

每一跟鋼絲從輪框出來, 他的方向不是往輪子的中心

點(除非你是直拉, 不過直拉只是沒有使用到他的

活動空間), 而是往花鼓邊緣. 你可以拿你的尺,

比對一下鋼絲, 他可沒有發生往半徑彎的現象, 這

說明輪框與鋼絲的接點一樣是可以活動的.

影片一樣可以佐證, 3:00~3:10, 可以看到花鼓相對

於輪框的位置在移動, 鋼絲沒有彎曲. 若輪框端

鋼絲是被固定的, 花鼓也不可能在那邊晃來晃去的.


所以既然兩邊都沒有固定, 跟絲不會受到撓曲破壞.


: 注2： 其中造成6點鐘鋼絲破壞 絕非壓力破壞 為細長柱之"挫曲"現象

既然六點鐘沒有壓力, 自然也不是"挫曲".


: 其實輪框再行進中 鋼絲受力是十分複雜的 且鋼絲加載卸載速度十分驚人

輪框進行中, 除了六點鐘方向的幾跟鋼絲, 其他的

張力幾乎不變. 而六點鐘方向的, 張力大幅下降,

但仍有張力.

: 且像鋼絲這種"二力桿件" 抗拉能力是神分驚人的 （同鋼絲拉斷比折彎難很多）

就是因為他的抗拉能力驚人, 所以輪組才會這樣

設計, 來利用這個性質.



: 我避免烙一大堆英文
: 因為勞一堆英文 只是嚇人而已

對於烙英文的事我深感抱歉, 但我真的沒辦法.

雖然我已經來台灣五年, 但由於我學這些時都是

看原文的, 也不知道這些中文的翻譯是什麼.

翻了又怕翻錯, 所以才會補英文上去. 實在

很對不起.



--