Alluminio vs Carbonio, ecco un test di laboratorio sui manubri.

  • Cannondale presenta la nuova Scalpel, la sua bici biammortizzata da cross country che adesso ha 120 millimetri di escursione anteriore e posteriore in tutte le sue versioni. Sembra che sia cambiato poco, a prima vista, ma sono i dettagli che fanno la differenza e che rendono questa Scalpel 2024 nettamente più performante del modello precedente.
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Danixele

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Una bici robusta e una vetusta.
Chiedo venia ai moderatori se riporto un test effettuato da altro sito, ma mi sembrava molto interessante per il sempreverde argomento Alu vs Carbo.

Test manubrio alluminio vs carbonio di MTB Tech

MANUBRIO: CARBONIO VS ALLUMINIO & 31.8mm VS 35mm





PREMESSA
L’obbiettivo che si pone questo articolo è quello di analizzare le effettive differenze di comportamento tra un manubrio in carbonio ed uno in alluminio, inoltre valutare anche l’effettiva bontà del recente standard di manubri da diametro 35mm che a detta di alcuni produttori dovrebbe essere il futuro sostituto del classico oversize da 31,8mm.

I dati dei materiali inseriti nel software utilizzato per simulare i comportamenti delle due tipologie di materiale sono stati reperiti dai produttori per quanto riguarda l’alluminio 7005, mentre per quanto riguarda la fibra di carbonio la ricerca è stata un po’ più complessa in quanto i valori ultimi relativi alla fibra dipendono da: Modulo, Trama, Intreccio, Tipologia produttiva. Senza soffermarci su quali siano le peculiarità di ognuna di tali caratteristiche vediamo come si comporta un manubrio reale.

Ho avuto la fortuna di ottenere i dati meccanici da un’azienda che produce prodotti in carbonio tra cui anche manubri per l’appunto. Il carbonio utilizzato è un 3K.

Le dimensioni dei due manubri sono le medesime, le sezioni reali e quindi anche i pesi reali.

Sono stati svolti 3 tipi di test:

  1. Test statico, ovvero lo studio di come l’oggetto si comporta sotto l’effetto di un carico statico.
  2. Test di impatto, quindi l’analisi dell’effetto di una sollecitazione istantanea.
  3. Test di fatica, cioè la durata del componente sottoposto a cicli di carico.

I manubri per entrambi i materiali sono stati analizzati nella versione con diametro oversize (31,8mm) e 35mm.
Il manubrio è vincolato ad uno stem indeformabile ed è caricato verticalmente su delle estremità di 100mm (simili a delle manopole) indeformabili anch’esse.


RISULTATI TEST

FIG.1 – Risultati



Commentiamo i dati dei test (fig.1).


FIG.2 – Confronto flessioni



Lo spostamento del manubrio in carbonio è del 45% inferiore a quello in alluminio, a parità di carico flette quindi meno (fig.2).
Parlando di rigidezza, in senso fisico del termine (sollecitazione/deformazione) possiamo dire che il rapporto tra i due materiali è di 1,8 a favore del carbonio (fig.3)



FIG.3 – Rigidezza



Parlando di sicurezza invece bisogna fare una premessa: l’allumino prima di rompersi si snerva in uscita dal campo elastico (con una deformazione a rottura di circa il 20%), il carbonio si spezza quasi subito con la classica rottura di tipo fragile (deformazione a rottura circa 1,5%) (fig.4).


FIG.4 – Percentuali snervamento



Vediamo ora però i carichi statici a rottura (fig.5).


FIG.5 – Test statico



La resistenza a rottura sotto un carico statico è del 340% superiore nel carbonio rispetto all’alluminio.
Quindi rottura imprevedibile ma sotto carichi molto più alti.
Interessante notare che il manubrio in carbonio si rompe a compressione (inferiormente), mentre quello in alluminio a trazione (superiormente) (fig.6, fig.7).



FIG.6 – Punto di rottura manubrio carbonio




FIG.7– Punto di rottura manubrio alluminio



Tra diametro 31,8mm e 35mm la resistenza aumenta mediamente di circa il 5%.

Il test a impatto (fig.8) ha un risultato in linea con quello statico; il carbonio ha una resistenza di circa il 350% superiore all’alluminio.
Per rendere più alla portata di tutti la lettura dei dati possiamo dire che l’impatto che porta alla rottura del manubrio di alluminio è pari alla caduta di un peso di circa 40Kg da un metro di altezza distribuito sulle due estremità, per quando riguarda il carbonio il peso diventa di circa 145Kg.

Tra diametro 31,8mm e 35mm la resistenza aumenta mediamente di circa il 5%.



FIG.8 – Test impatto



Il test a fatica (fig.9) è stato fatto sottoponendo il manubrio a infiniti cicli di carico da 1000N fino a portarlo a rottura. Il carbonio ha una vita 5 volte superiore all’alluminio.


FIG.9 – Test fatica



Leggendo questi dati potremmo dire che il carbonio rispetto all’alluminio è 3 volte più resistente, l’80% più rigido ed ha una vita 5 volte superiore.
Abbiamo trascurato un fattore importante però, ovvero la capacità dei due materiali di assorbire le vibrazioni. Confrontando i coefficienti di smorzamento (fig.10) notiamo che il carbonio a parità di deformazione smorza le vibrazioni più di 6 volte meglio dell’alluminio.



FIG.10 – Smorzamento



CONCLUSIONI
La credenza che l’alluminio sia più “rigido” rispetto al carbonio riguarda proprio la sensazione di guida generata da questa caratteristica, ovvero l’alluminio “ritorna” meglio la sollecitazione, risulta quindi più “rigido” a sensazione, anche se fisicamente non lo è come abbiamo visto.

Un’analogia: Immaginate di affrontare una serie di dossi consecutivi con una forcella da 180mm con il ritorno completamente aperto e velocissimo e poi con una da 100mm con il ritorno molto morbido, l’effetto che percepirete è che la forcella da 180 risulterà più rigida rispetto quella da 100 poiché più nervosa.

Da notare bene che questo ragionamento è valido per il componente manubrio, nel caso di un telaio dove dietro c’è uno studio strutturale ben preciso la progettazione dei fogli di fibra potrebbe portare a risultati ben diversi in quanto in carbonio come ben sappiamo è un materiale altamente anisotropo, ovvero ha caratteristiche che dipendono dalla direzione lungo la quale vengono considerate, ed i progettisti sfruttano a loro vantaggio questa caratteristica del materiale.

Per quanto riguarda il confronto diametro oversize/35mm possiamo infine dire che il secondo diametro migliora le caratteristiche di resistenza e rigidezza di circa il 5%.


CINA SI, CINA NO

Molti manubri in carbonio vengono venduti on-line da siti orientali a prezzi che a volte sono addirittura inferiori dell’ 80% del prezzo del più economico manubrio in carbonio in vendita sul mercato europeo.

C’è chi dice che alcuni siano componenti originali ma non ancora marchiati, chi dice che siano scarti di produzione della industrie europee che producono in oriente, chi crede siano prodotti validi tanto quanto quelli di marche blasonate ma fabbricati da industrie cinesi ed infine c’è chi dice che siano delle “cinesate”.

Io ho una mia idea ma quello che posso consigliarvi è che se decidete di acquistare un manubrio in carbonio non dovete lesinare sulla qualità a costo di avere la sensazione di buttare via dei soldi ingiustificatamente.
Che siano fabbricati a Taiwan o in Italia i prodotti che entrano REGOLARMENTE nel mercato europeo devono essere certificati, a me questo basta.

A voi i commenti.

Testo e grafica: Max Delise – www.facebook.com/ilmeccanicodimtb

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pavlinko80

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la differenza maggiore tra i due manubri in alluminio sta nella capacita' di assorbire le vibrazioni. il 35mm rispetto ad un 31mm assorbe abbastanza meglio le vibrazioni, non a pari del carbo, ma e' pur sempre un miglioramento, io ho poturo provare sulla stessa bici un manubrio da 31.8 e uno da 35mm in allu e la differenza si sente. certamente un po di marketing c e' ma, visto che i manubri in allu da 31 e 35 costano lo stesso prezzo io se devo scegliere preferisco il 35mm. il top sarebbe 35mm in carbo ma il costo e' alto ancora
 

nando_mac

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merida matts 100 27,5 and Triban 100 in uso gravel, ovvero due scrausbike e una bdc scrausa anche lei ed anche una elettrica iperscrausa e un kit elettrico di riserva che non si sa mai :)
Contribuisco con un altra prova di laboratorio anche se altre discipline.

Da una parte dicono una cosa e dall altra ne dicono un'altra, chi cia ragió?
 

pavlinko80

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Potere della disinformazione.. Alluminio carbonio l eterna sfida . manubrio carbon in se per se non conta una cippa.. Bisogna vedere il tipo di stem. Tipo telaio . La lunghezza e il tipo di forca e assembaggio ruota. Sono tutti componenti che lavorano a catena . troppe variabili per dire se è meglio un materiale rispetto all altro. Poi spender un mucchio di euri per un manubrio carbon ma non hai un reale beneficio se non analizzi tutti gli altri componenti a cui è direttamente legato il manubrio nel dettaglio

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nando_mac

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merida matts 100 27,5 and Triban 100 in uso gravel, ovvero due scrausbike e una bdc scrausa anche lei ed anche una elettrica iperscrausa e un kit elettrico di riserva che non si sa mai :)
Potere della disinformazione.. Alluminio carbonio l eterna sfida . manubrio carbon in se per se non conta una cippa.. Bisogna vedere il tipo di stem. La lunghezza e il tipo di forca e assembaggio ruota. Sono tutti componenti che lavorano a catena . troppe variabili per dire se è meglio un materiale rispetto all altro

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Ma chi lavora nei vari laboratori in giro per il mondo avranno una base di partenza univoca per determinare un risultato? Comunque nel video ho intravisto un "iso" se non sbaglio. Bo.
 

pavlinko80

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Ma chi lavora nei vari laboratori in giro per il mondo avranno una base di partenza univoca per determinare un risultato? Comunque nel video ho intravisto un "iso" se non sbaglio. Bo.
Base di partenza che è infinitesimamente variabile .. Quindi il test il risultato è totalmente approssimativo se applicato alla miriade di telai e vari assembaggi e destinazioni

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AldoRey

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Ma che centra! qua si effettua una comparativa tre le sole prestazioni dei due materiali utilizzati (addirittura svincolandosi anche dalla geometria utilizzando due manubri con le stesse dimensioni) a prescindere dalla bicicletta e dai suoi componenti!.. i componenti della bici che ognuno poi potrà scegliere al massimo influenzeranno poi le sensazioni di guida complessive dell'utilizzatore... i vare ed eventuali componenti in più sono tutte variabili che vanno a falsare poi i risultati del test che ripeto è mirato a valutare le prestazioni dei due materiali.
 
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gargasecca

Il maestro
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Base di partenza che è infinitesimamente variabile .. Quindi il test il risultato è totalmente approssimativo se applicato alla miriade di telai e vari assembaggi e destinazioni

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Non sono d'accordo...io passai sulla mia bici da una piega in Allumio ad una in Carbonio...non cambiando altro...e la differenza la sentii eccome.
Tant' è che ho messo la piega in Carbonio su le altre bici...:il-saggi:
 

pavlinko80

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Non sono d'accordo...io passai sulla mia bici da una piega in Allumio ad una in Carbonio...non cambiando altro...e la differenza la sentii eccome.
Tant' è che ho messo la piega in Carbonio su le altre bici...:il-saggi:
Sensazioni . appunto. La differenza la notai anche io.. Dal manubrio in allu a quello in carbonio sullo stesso stem .poi col tempo ho capito che sono tutte menate e fisse..si puo ottenere lo stesso risultato a costo quasi zero, montando due manupole buone, settando bene la forca..e soprattutto allenando le avambraccia e i il dorso.. La palestra serve moltissimo per chi pratica mtb. Poi certo se guardi il gm allora meglio il carbonio es. ad un biker molto magro e con le braccia poco allenate può alleviare l affaticamento alle braccia e posi il manubrio carbon non c e dubbio

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Anche...ma se voglio la bici montata al TOP...per me solo piega in Carbonio...:prega:

Le sensazioni di differenza e/o effetto placebo se vuoi chiamarlo così...sono importanti anche quelle, visto che spesso sono "veritiere" sul miglioramento o peggioramento di un componente.
E su questo potremmo disquisire sui settaggi della forca, sul telaio, sulla mescola delle gomme...o sui freni che frenano oppure no...su quello che ti pare, visto che di "sensazioni" ne percepisco parecchie...:-|
 
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Anche...ma se voglio la bici montata al TOP...per me solo piega in Carbonio...:prega:

Le sensazioni di differenza e/o effetto placebo se vuoi chiamarlo così...sono importanti anche quelle, visto che spesso sono "veritiere" sul miglioramento o peggioramento di un componente.
E su questo potremmo disquisire sui settaggi della forca, sul telaio, sulla mescola delle gomme...o sui freni che frenano oppure no...su quello che ti pare, visto che di "sensazioni" ne percepisco parecchie...:-|
Si si infatti se vuoi. Una bike al top oggi serve il manubrio carbon. Ma è comunque un materiale delicato agli urti. Bisogna tenere sotto controllo basta un urto secco dopo una caduta che si puo compromettere la struttura e dopo andrebbe sostituito. Insomma sarei curuioso di provare e comparare un bel manubrio in titanio con uno carbon.. Secondo me su un test di confronto vince il titanio in termini di comfort e rigidità. Peccato che di manubri in titanio nel mercato ce ne sono pochissimi chissa perché? Sicuramente perche traggono poco profitto da un prodotto costruito in questo materiale in quanto costa 5 volte piu nel complesso a produrlo rispetto al carbonio

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Si si infatti se vuoi. Una bike al top oggi serve il manubrio carbon. Ma è comunque un materiale delicato ai urti. Bisogna tenere sotto controllo basta un urto secco dopo una caduta che si puo compromettere la struttura e dopo andrebbe sostituito. Insomma sarei curuioso di provare e comparare un bel manubrio in titanio con uno carbon.. Secondo me su un test di confronto vince il titanio in termini di comfort e rigidità. Peccato che di manubri in titanio nel mercato ce ne sono pochissimi chissa perché? Sicuramente perche traggono poco profitto da questo materiale in quanto costa 10 volte piu a produrlo rispetto al carbonio

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Beh certamente...in primis la reperibilità del materiale e il suo costo di lavorazione...Thomson lo ha ma costosissimo.
Qualche "botto" l' ho fatto, la caduta nel nostro sport è sempre dietro l' angolo...magari fai il pezzo tecnico tutto d' un fiato e poi scivoli nel parcheggio...:hahaha:... sempre controllati i manubri e le bici...al momento non ho riscontrato anomalie...:paur:
 

Davide_sd

Biker superis
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Ok, ho visto sia il video che l'articolo. E' obbligatorio ribadire un fatto che ai più sfugge.

Nel video sono stati presentati test fisici di laboratorio!!!! Nell'articolo invece è stata fatta un'analisi con software di simulazione, in cui i dati sono stati presi da qualche parte, neanche specificano dove. Non solo, quando si parla di fibre di carbonio è importante anche la percentuale di matrice (ovvero la resina) rispetto a quelle delle fibre. Raramente i produttori vanno a sbandierare questi dati, e quindi è lecito aspettarsi che la simulazione sia stata fatta con dati assolutamente ottimistici.

La fibra di carbonio è un materiale abbastanza complesso rispetto all'alluminio. I conti teorici mostrano sempre numeri da sbavo a favore del carbonio: questo perché nei software, soprattutto su analisi di primo progetto oppure su analisi fatte "alla c*zzo di cane" come nell'articolo, non si tiene conto del processo produttivo per realizzare il componente. Nella realtà, le fibre non saranno mai perfettamente allineate tra loro, così come sarà sempre difficile allinearle in modo preciso rispetto al progetto. Proprio per questo, la distribuzione della matrice potrebbe non esserre uniforme con le fibre, e questo porta inevitabilmente a "difetti" nel materiale che andranno a ridurre in modo drastico le prestazioni del componente. Oltre a questo, conta anche il processo produttivo, la temperatura e la pressione a cui il pezzo viene formato nello stampo. Lo stesso componente, prodotto con la stessa percentuale fibre/matrice, con lo stesso tipo di fibre e matrice, prodotto a pressione e temperatura anche leggermente differenti, possono comportare prestazioni molto diverse tra loro.

Morale della favola: quando vedete dati ottenuti da software simulativi, se non siete ignegneri con conoscenze specifiche (in questo caso materiali compositi e non) e/o non avete idea da dove siano stati presi i dati di partenza, non fidatevi mai dei risultati, perché saranno sempre troppo ottimistici rispetto alla realtà. Questo non significa che non ci sia della verità in quei risultati: i compositi in carbonio se opportunamente progettati saranno sicuramente migliori alla fatica e allo smorzamento delle vibrazioni, ma proprio per la difficoltà di realizzare prodotti privi di difetti è difficile raggiungere i valori teorici per quanto riguarda i carichi di impatto.
 

fafnir

Biker meravigliosus
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Warden, Hightower, Venge
Per chi ha problemi di fatica alle mani e non si fida del manubrio in carbonchio o non vuole spendere tutti quei soldi consiglio manopole ODI elite flow, con me sono state miracolose e se lo dico io che ho una front in acciaio da 140mm con manubrio da 35mm in alluminio penso che potete fidarvi. Hanno fatto una differenza enorme per quanto mi riguarda.
E non sono neanche le più imbottite, ci sono le pro ancora più ammortizzanti, ma non volevo perdere in sensibilità.
 

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