Esiste qualcosa come il fallimento del frame?

Sono state poste diverse domande generali su quanto tempo " durerà " una bici o un telaio per bici , e l'essenza delle risposte sembra essere che una bici può durare un bel po 'se i componenti sostituibili vengono sostituiti e la bici è ragionevolmente ben mantenuta.

Ma per quanto riguarda l'integrità strutturale intrinseca del telaio stesso? Esiste il rischio di improvvisi guasti al telaio o di disintegrazione dopo un certo livello di utilizzo? Le bici cadono mai a pezzi o presentano un rischio di rottura o frattura lungo punti deboli? Una delle mie bici ha più chilometri rispetto all'auto che sto girando - e mi chiedo l'integrità dell'auto !

Sì, i frame falliscono anche se non si schiantano o vengono guidati in modo eccessivo. L'unico modo per mitigare questo problema è ispezionare il telaio regolarmente durante la manutenzione e la pulizia. Cerca delle crepe. Durante la guida, presta attenzione a scricchiolii e scricchiolii e trova sempre la causa principale (potrebbe essere una crepa).

Tieni presente che:

• Una brutta saldatura potrebbe resistere per anni prima di rompersi.

• La ruggine non controllata può mangiare attraverso tubi di acciaio, sia dall'esterno che dall'interno. Una volta iniziato, devi tenerlo sopra o alla fine prenderà il fotogramma. Anche la ruggine sembra avere "buon gusto" nei tubi, preferendo le cose piuttosto italiane a, diciamo, schwinn a gas.

• La fatica del metallo può formare fessure che crescono lentamente fino a quando il telaio non si blocca improvvisamente (l'ho visto personalmente dove il fodero incontra il forcellino e sulle pedivelle).

L'alluminio è il peggior colpevole delle crepe da affaticamento. I reggisella in alluminio e i tubi sterzo hanno anche la tendenza a sviluppare fioriture di ossido di alluminio che possono inceppare permanentemente il tubo sella / cannotto nel telaio.

Il carbonio in genere non sopravvive a un incidente abbastanza grave. Ho sentito parlare di problemi di delaminazione a lungo termine, ma non ne ho mai visto uno personalmente. AFAIK ogni telaio in carbonio "muore" in un incidente o incidente che danneggia il telaio al punto in cui il proprietario non si fida più. Qualcuno ha storie su cosa succede al carbonio che non si è schiantato?

Per un esempio concreto, di seguito è riportato il mio fallimento di alcuni anni fa. È successo mentre stavo crestando una collina molto ripida. Ho sentito un forte "pop" e non ho capito cosa è successo fino a quando non mi sono guardato intorno e ho visto il fodero separato dal forcellino ad ogni colpo di pedale. Questa è una bici in acciaio ed è stata totalmente riparabile, a proposito. Di conseguenza non sono andato in crash (ma non andavo nemmeno veloce). Notare il pezzettino di ruggine visibile nella parte superiore della fessura. Indica che la crepa era lì da un po 'di tempo prima del fallimento totale.

Ciò a cui ti riferisci è talvolta noto come errore catastrofico , quando un frame si guasta sotto carico. Mentre questo succede di tanto in tanto, è relativamente raro. Ci sono storie di telai in carbonio difettosi che si guastano spontaneamente durante la guida, ma queste sembrano sempre storie di amici. La maggior parte dei frame che "falliscono" lo fanno a causa di incidenti stradali o altri danni. E, come sottolinea Gary , il movimento centrale (e gli occhielli di fissaggio) sono probabilmente aree da indossare.

Anche il materiale del telaio ha un ruolo in questo. La saggezza convenzionale nei circoli ciclistici è che l'acciaio è il più resistente: può essere ripiegato in forma e persino ri-saldato. I telai in alluminio non possono. E i telai in fibra di carbonio hanno la reputazione di essere delicati; se uno di questi si rompe, lo butti fuori e ne ottieni uno nuovo, poiché qualsiasi correzione sarà inaffidabile.

Sebbene ci sia un po 'di verità in questo, l'acciaio può essere danneggiato al punto da non essere sicuro da riparare e riutilizzare. E la fibra di carbonio è più resistente di quanto si pensi. Ma valutare un frame danneggiato è spesso più un problema che sostituirlo semplicemente. Ci sono professionisti che possono fare questo tipo di valutazione in base all'esperienza, ma senza passare il telaio attraverso una macchina a raggi X puoi davvero, in definitiva, affermare che un telaio è sicuro da appesantire dopo che è stato piegato e ri-saldato ?

In generale, sì, il telaio è la parte più resistente della bici. Ma anche questo può essere danneggiato irreparabilmente.

Sì, i telai sono soggetti a usura, strappo, invecchiamento e affaticamento. L'area principale di preoccupazione o di errore nella maggior parte dei frame si trova nel movimento centrale. Su entrambi i telai in metallo e carbonio questo è un punto di forte stress e flessibilità. Ma qualsiasi saldatura o giunzione è soggetta a sollecitazioni e può fallire nel tempo.

È necessario ispezionare periodicamente l'intero telaio, prestando particolare attenzione ai punti di saldatura o ai giunti. Osserva attentamente i segni di vernice o crepe di saldatura e la ruggine sui telai in acciaio. Il modo migliore per farlo è lavare a mano il telaio e ispezionarlo mentre procedi. Se vuoi che duri ancora di più, applica uno strato di bici o cera per auto ogni sei mesi circa. La cera rende più difficile l'attaccamento di sporco e fango al telaio e renderà più facile la pulizia successiva.

Detto questo, se prendi l'abitudine di pulire e ispezionare il tuo telaio, sei un ciclista "medio" (non eccessivamente pesante o che cavalca in modo aggressivo da salti e cadute), riponi la bici correttamente e prenditi cura di essa, è possibile che ti sopravviva.

Ho visto alcuni vecchi telai in acciaio che hanno fallito. In un caso il tubo obliquo si spezzò in due nel punto in cui erano fissati i comandi montati sul tubo obliquo. In un altro caso, la crepa si trovava alla giunzione tra il tubo obliquo e il movimento centrale. Ho anche visto i sedili separati sul tubo verticale.

Ma tutti questi guasti si sono verificati su biciclette che erano state ovviamente lasciate fuori dalla pioggia per anni (se non decenni), e tutte erano ancora guidate, anche con il telaio rotto . Il tradizionale telaio "a diamante" in acciaio è straordinariamente robusto.

Solo alcune note su come individuare le crepe nei telai metallici:

Cerca delle crepe nella vernice. Questi possono essere abbastanza piccoli anche ~ 5 mm di lunghezza per esempio.

Osserva i punti di sollecitazione della saldatura, che di solito si trova proprio sul bordo del cordone di saldatura in cui il metallo è più sottile. Le staffe inferiori sopportano più stress della bicicletta ma raramente falliscono perché sono le più supportate. I dropout sono le aree più comuni di fallimento nel tempo nella mia esperienza. La maggior parte degli incidenti proviene dalla parte anteriore e verrà visualizzata nella forcella o dove il tubo sterzo incontra il tubo obliquo. Questi sono i punti da guardare.

L'alluminio può scattare improvvisamente. Ho avuto questo accadere sul manubrio. Di solito l'acciaio si piegherà prima di rompersi ed è molto più sicuro in quella capacità. Le persone che parlano di carbonio durevole sono fanbo o venditori. Tutti sanno che il carbonio può rompersi drammaticamente.

I forcellini anteriori, la corona della forcella e il manubrio sono davvero i punti di controllo di sicurezza più importanti da guardare. i fallimenti lì possono uccidere. La rottura dei forcellini posteriori sarà male, ma di solito non super pericolosa.

Le bici da strada leggere e fantasiose sono le più sensibili. Il cedimento del telaio su una bici da pendolare in acciaio di solito si verifica molto tempo dopo che la bici è stata spazzata via per altri motivi. Se sei davvero preoccupato per il cedimento del telaio, guarda quel front-end, non usare alluminio o carbonio e starai bene anche con bici antiche.

A volte le persone leggermente più grandi o pesanti> 200lbs avranno più problemi con l'affaticamento del telaio rispetto al resto di noi poiché la maggior parte delle biciclette sono progettate per i ciclisti più piccoli.

Il telaio di My Giant Explorer ha avuto un improvviso fallimento catastrofico un paio di settimane fa. Il telaio in duralluminio si divise in due senza preavviso su entrambi i tubi mentre stavo smontando, con le due ruote completamente separate. Ha solo 9 anni, l'ho comprato nuovo, nessun altro l'ha mai cavalcato e non è stato maltrattato in alcun modo. Essendo un tipo roadster con un supporto integrato, dovrebbe essere progettato per trasportare un carico. Ha avuto un buon uso, ma solo su strade e piste ciclabili, e principalmente per lo shopping, i viaggi o il piacere. I tubi si sono fratturati in quello che è chiaramente un punto debole, dove i cavi sono entrati nei tubi. Questo dovrebbe essere un avvertimento per gli altri proprietari di questo modello per controllare il telaio in quest'area, in particolare il tubo inferiore. Sono rimasto solo relativamente leggermente ferito, ma avrebbe potuto essere molto peggio, persino fatale,

Sono riuscito a rompere un telaio in acciaio circa 2 anni dopo averlo acquistato. Ciò ha comportato un incidente un anno dopo averlo posseduto e poi condotto alla distruzione. Ho notato dopo l'incidente (in un fossato) che la geometria sembrava più corta e più stretta. Ho appena continuato a cavalcare però. Con il senno di poi quella potrebbe non essere stata la cosa più intelligente da fare.

Ho visto tre biciclette con quelle che sembrano essere fratture da stress nella parte inferiore del tubo sella e nella parte superiore della scatola del movimento centrale. Un amico del dado della bici con una conoscenza metallurgica maggiore di me mi dice che questo è causato dall'indurimento del lavoro, che è la stessa cosa che fa sì che una graffetta diventi fragile dopo ripetute flessioni. Ora che questo è successo al mio fidato telaio Fuji Gran Touer SE cromato-molibdolo dopo oltre 20 anni di uso quotidiano, ho il sospetto che l'abitudine di montare e smontare il pedale sinistro durante il rollio sia qualcosa che probabilmente mette molto stress / flessione extra su questa articolazione.

Vorrei tentare di andare leggermente oltre rispetto alle altre risposte finora. La mia capacità di spiegarlo bene potrebbe essere limitata dal fatto che non sono un ingegnere. Gradirei eventuali correzioni.

Durata della vita correlata alla fatica

Questa sezione descrive la durata del telaio in relazione alla fatica, ovvero dopo un uso normale ripetuto senza incidenti o danni. La saggezza convenzionale è che l'acciaio e il titanio sono i materiali del telaio più resistenti, ad esempio [questa risposta] a una domanda correlata 1 . Ciò richiede un certo disimballaggio. Molti materiali subiscono fatica dopo ripetuti caricamenti (ad es. Colpi di pedale). Citiamo Wikipedia su questo bit:

Nella scienza dei materiali, la fatica è l'indebolimento di un materiale causato dal carico ciclico che provoca danni strutturali progressivi e localizzati e la crescita di crepe. Una volta iniziata una fessura, ciascun ciclo di caricamento farà crescere la fessura in piccola quantità, producendo tipicamente striature su alcune parti della superficie della frattura. La crepa continuerà a crescere fino a raggiungere una dimensione critica, che si verifica quando il fattore di intensità della sollecitazione della crepa supera la tenacità alla frattura del materiale, producendo una rapida propagazione e una frattura generalmente completa della struttura.

L'acciaio e il titanio, tuttavia, hanno un limite di fatica . Cioè, qualsiasi caricamento al di sotto di una certa quantità critica non causerà affatto affaticamento. Non sono sicuro di quale sia la quantità critica per ciascun materiale, tuttavia, e non sono sicuro di quali tipi di impatti lo supererebbero (ad esempio, sospetto che molti impatti veicolari superino quel limite per entrambi i metalli). L'alluminio ( collegamento a Lennard Zinn ) non ha limiti di fatica. Qualsiasi quantità di carico indebolirà il metallo e alla fine si stancherà e si spezzerà.

Tuttavia, ricorda che producono aeroplani in alluminio e che gli aerei possono essere in servizio per decenni. Quindi, a seconda della qualità della costruzione, potremmo aspettarci che i telai in alluminio siano in grado di durare a lungo. In effetti, il sito di Sheldon Brown ha un collegamento a un test del 1997 di 12 frame di Tour Magazine (tradotto dal tedesco da Damon Rinard). Il test conteneva 4 telai in alluminio (ad es. Cannondale CAAD 3), 4 telai in acciaio (ad es. De Rosa SLX trascinato, saldato Fondriest), un po 'di carbonio (ad esempio monoscocca Trek OCLV, Time Helix con tubi di carbonio in alette di alluminio) e un po' di titanio (ad es. una Merlin Team Road).

Questi erano tutti telai di fascia alta e potrebbero essersi inclinati verso tubi leggeri e sottili. Tuttavia, un telaio in carbonio e due in alluminio (Trek OCLV, CAAD3 e Principia RSL) hanno superato la prova, mentre nessuno dei telai in acciaio selezionati lo ha fatto. Quindi, l'alluminio può avere un limite teorico, ma può essere difficile per i ciclisti amatori superarlo nella pratica.

Non sono sicuro di cosa, in particolare, ho sentito parlare della fibra di carbonio e della fatica all'inizio della mia carriera. La fibra di carbonio potrebbe in realtà non essere molto suscettibile alla fatica. In questo articolo di Cyclingtips , diversi ingegneri di compositi per biciclette affermano che non si affatica nel senso discusso sopra. I telai in fibra di carbonio possono durare tutta la vita, salvo danni. L'industria aeronautica si sta spostando sempre più verso le parti in carbonio e, di nuovo, non lo farebbero se il carbonio fosse fragile. Gli aerei devono avere una durata pluriennale perché sono estremamente costosi.

Processo di produzione

Ancora una volta, non sono un ingegnere dei materiali, ma molti dei telai di quel test del 1997 hanno fallito nei giunti, ad es. Nelle alette o nelle zone di saldatura. Per il titanio, le saldature devono essere eseguite con un gas inerte. Se l'ossigeno o azoto penetrano saldatura, può rendere il materiale non fragile, e che si crepa . Non sono sicuro di quali siano i problemi chimici per acciaio e alluminio, ma sospetto che sia possibile anche la contaminazione delle saldature. Citando di nuovo Zinn:

Se avessi un telaio in acciaio o titanio, non potrei fare una tale previsione di un certo fallimento della fatica. Questo perché, se il progettista del telaio sceglie tubi in acciaio o titanio la cui resistenza alla trazione e dimensioni (spessore, diametro e forma della parete) sono tali che le sollecitazioni osservate durante la guida non supereranno mai - diciamo, il 40 percento della sua resistenza alla trazione nel suo calore - zone interessate (ad es. saldatura) - quindi il telaio durerà indefinitamente in assenza di un incidente. Naturalmente, tacche o ammaccature o scarse saldature (o, nel caso dell'acciaio, della ruggine) ridurranno quel limite (oltre a ridurre la resistenza alla trazione) e provocherebbero l'insuccesso della fatica con una sollecitazione inferiore o un numero inferiore di cicli.

Zinn allude anche alle zone interessate dal calore in acciaio o titanio. Credo che ciò significhi che a causa dell'intenso calore durante la saldatura, il telaio è più debole nelle zone interessate dal calore. Penso che questo sia uno dei motivi per cui la brasatura o le alette in argento rappresentavano una potenziale alternativa all'acciaio saldato, poiché tali processi vengono eseguiti a una temperatura più bassa. Tuttavia, il test Tour mostra che l'acciaio trascinato può anche rompersi alle articolazioni. Ciò potrebbe essere dovuto alla contaminazione delle alette. Ovviamente non sappiamo esattamente perché i frame nel test del Tour si siano rotti, ma leggendo la tabella dei fallimenti sul sito di Brown, molti di loro sembravano essere giunti. Questo mi fa pensare che si trattasse di fallimenti dei processi produttivi.

Per quanto ne so, i telai in carbonio sono in genere realizzati con fogli di carbonio preformati disposti in uno stampo. Quindi, viene aggiunta la resina e cuociono i telai. Credo che di solito i triangoli anteriore e posteriore siano realizzati separatamente, quindi uniti insieme. I telai in carbonio possono avere problemi diversi rispetto al trattamento termico. Raoul Luescher ha un canale Youtubedove taglia i telai in carbonio che gli vengono inviati per la valutazione. Trova frequentemente vuoti (cioè buchi) nel carbonio. È un ex ingegnere aeronautico. Sembra indicare che questi sono problemi, ma non sono sicuro di aver visto una spiegazione dettagliata. Sospetterei che i vuoti possano agire allo stesso modo delle piccole crepe nei telai metallici e che carichi ripetuti potrebbero causare la propagazione (cioè l'espansione) del vuoto nel tempo, e alla fine porterebbe a ciò che potremmo percepire come un fallimento della fatica.

Inoltre, la fibra di carbonio è infatti composta da molte fibre sottili e molto resistenti. In un podcast riguardante un recente gruppo di guasti alla forcella in carbonio, ha affermato che alcune forcelle sono state progettate con angoli abbastanza quadrati nello sterzo per aiutare i cavi a passare attraverso l'area. Ha riferito che le curve strette sono molto stressanti per il carbonio e che questo può essere un punto di fallimento in seguito. Ricordo (non sono riuscito a trovare il link) un video di Youtube in cui ha discusso del manubrio con fori per il passaggio interno dei cavi (per trasmissioni elettroniche), e ha detto che quei fori potrebbero essere un punto di errore se anche il carbonio prendesse carico. Fondamentalmente, non importa i difetti di fabbricazione in sé, alcune scelte di progettazione potrebbero creare punti di errore che gli ingegneri della società di biciclette non si aspettavano in fibra di carbonio.

Danno

Tornando al passaggio di Zinn citato, le ammaccature possono essere un punto di rottura iniziale nei telai in acciaio o titanio, nonostante le caratteristiche dei materiali. Ovviamente, avrebbero lo stesso effetto sui telai in alluminio. Molti di noi hanno la sensazione che la fibra di carbonio sia fragile e che probabilmente derivi dalla sua nota mancanza di resistenza ai danni da impatto. Quindi, potresti danneggiare il tuo telaio anche con impatti relativamente piccoli. Ciò potrebbe non causare un errore immediato, ma potrebbe eventualmente causare il fallimento del frame. Anche l'acciaio può arrugginire. Tuttavia, credo che i telai in carbonio possano anche corrodersi dal sale. Anche latta di alluminio non verniciato.

TL; DR per i consumatori

Difetti e danni ai processi di produzione sono probabilmente le maggiori minacce alla vita del telaio. Scommetto che tutti i frame potrebbero essere a rischio per questi problemi.

Prestare particolare attenzione nel maneggiare qualsiasi telaio in carbonio e qualsiasi telaio costruito con tubi molto leggeri. La saggezza convenzionale tra i forum di Internet che frequento è quella di essere scettici su qualsiasi carbonio usato per questo motivo. I consumatori potrebbero voler essere scettici nei confronti dei frame che spingono i limiti prestazionali del materiale in questione, ad esempio i frame con tubi ultraleggeri. I consumatori potrebbero voler distorcere la loro selezione verso i produttori con garanzie a vita, sebbene ciò dipenda dal fatto che il produttore sopravviva alla tua vita e che tu mantenga una documentazione sufficiente.

In teoria, i consumatori potrebbero essere in grado di evitare i produttori con reputazione per difetti del telaio. Il problema è che non sono sicuro di come lo valuteresti praticamente a parte la raccolta di aneddoti.

Anni fa ho avuto una rottura del telaio in acciaio (Trek 700) durante il soggiorno e il forcellino. Penso che questo potrebbe essere stato causato dalla flessione a causa del fatto che il mio asse posteriore si era precedentemente rotto. La bici era stata ben utilizzata per almeno dieci anni.

FWIW Una volta ho anche rotto un mandrino a manovella JIS, forse anche a causa di forze insolite da un bullone di fissaggio della manovella allentato.

Da studente ho usato un telaio in acciaio saldobrasato di età> 30 anni.

Quindi, quella bici aveva una geometria del telaio particolarmente debole. I suoi inizi sono sconosciuti a me - mio padre l'ha comprato usato ad un certo punto. Lo usò quindi per scopi ricreativi, quindi non così tanta distanza ma sentieri forestali più un po 'di carico (bambino sul sedile posteriore). Ad un certo punto l'ho ereditato come una bicicletta sufficientemente vecchia da poter essere chiusa a chiave per una notte in una città universitaria senza troppo pericolo che venisse rubata.

Non è riuscito, nel senso che ha iniziato a girare ad ogni colpo di pedale quando ho pedalato duramente (dopo circa 5 anni come la mia bici universitaria primaria). Sospetto che le alette / brasatura. Niente di improvviso qui, però.

Non so per quanto tempo è durato, l'ho dato a qualcuno che cercava una vecchia bici per un uso occasionale leggero e che non si preoccupava della flessione in quanto non era ancora così male.