La fatica nei metalli: perchè telaio e componenti non possono durare per sempre

  • Orbea lancia la nuova Rise, la sua ebike leggera che ha fatto discutere tantissimo i nostri lettori. Io e Stefano abbiamo avuto modo di provarla in anteprima a Terlago, da oggi la potete toccare con mano al Bike Festival di Riva del Garda.
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One_1

Biker perfektus
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Articolo veramente ben fatto e divulgativo.. Bravo Dany!

Concordo sull'importanza dell'analisi visiva... piccoli difetti posso originare cricche in brevissimo tempo.

Io credo che le tecniche per dimensionare un telaio e farlo durare 10 anni ci siano, ma in un mondo dove si fa gara a chi ce l'ha più leggero è una strada che non funziona...
La velocità di propagazione di una cricca (inevitabile) può essere notevolmente ridotta fino quasi ad annullarsi aumentando lo spessore del materiale nelle zone critiche. Non è che rendi la bici indistruttibile... ma ne allunghi la vita.
Eppure si crede che sia meglio la bici superleggera (che serve solo, forse, a chi fa gare) anche se questo riduce la durata.

Mi piacerebbe capire se i telai, che sono ogni anno più leggeri, siano frutto di affinamento tecnico o di progressivo sottodimensionamento. Non mi stupirei se fosse la seconda, mentre sono disposto a pagare di più nel caso sia la prima.

Per quanto mi riguarda sono abbastanza tranquillo (ora mi tocco...) uso la bici al 80% su tracciati lenti e meccanicamente poco stressanti, ma li faccio con un'enduro :D Se non ci pensa il progettista a sovradimensionare possiamo farlo noi.
 

sembola

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Mi piacerebbe capire se i telai, che sono ogni anno più leggeri, siano frutto di affinamento tecnico o di progressivo sottodimensionamento. Non mi stupirei se fosse la seconda, mentre sono disposto a pagare di più nel caso sia la prima.

Può anche semplicemente essere che si tratti di un dimensionamento calibrato anche in funzione della "vita utile" stimata statisticamente. Il compianto Sheldon Brown aveva scritto che la bici "da supermercato" venduta nei grandi magazzini USA aveva una media di uso di 75 miglia (120 km) e che quindi la componentistica aveva una qualità sufficiente per quella durata e non per altro. Allo stesso modo non mi meraviglierei che la robustezza di telai o componenti fosse in funzione della "vita media": provate a riflettere su quanti anni avete tenuto le vostre bici...
 

Devastazione

Biker marathonensis
26/10/09
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Terranova Pausania
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Articolo davvero molto interessante. Io ispeziono spessissimo...

Stamattina mi e' arrivato in cliente con una Cannondale Super V di 13 anni ( mitica !! ) con una crepa netta sul movimento centrale tra tubo obliquo e tubo reggisella,dice che se ne frega e la usa lo stesso,a ma la crepa fa veramente paura a vederla !
 

SSalamon

Biker popularis
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Lonigo (VI)
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Sarò gnucco, ma io non ho capito che cosa intendi...
Che un telaio, ben progettato e non troppo leggero dura una vita?
Che se si rompono è per colpa della progettazione?
Per te è quindi tutta colpa della grammomania?

No, assolutamente. Un telaio più leggero di un'altro può essere assolutamente più resistente. Infatti, io ho detto che esistono oggi metodi per calcolare la vita di un telaio (come per qualsiasi altro organo meccanico) che ti portano ad approssimare gli errori di progettazione a valori molto bassi, se non eliminarli...
Soprattutto con i materiali compositi si possono avere telai molto leggeri ma estremamente resistenti e duraturi. CERTO NON DOBBIAMO TENER CONTO DI EVENTI ESTREMI COME CADUTE O SASSI CHE IMPATTANO SUL TELAIO.
Teniamo anche conto che una qualsiasi cosa può anche rompersi per un difetto di costruzione.

Certo un telaio di una bici non è certo paragonabile ad un aereo, ma sull'Airbus A380 è stato fatto largamente uso di materiali compositi, quali il carbonio in primis.... Vogliamo pensare che non sia stato calcolato a fatica ogni elemento strutturale? Penso di no. E la vita stimata minima è di 30 anni di voli... Quindi...
 

IGambioli

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Bell'articolo: chiaro ma allo stesso tempo esaustivo e dettagliato!
Aggiungo solo alcune note a margine.
Per fortuna il limite di fatica, inteso come numero di cicli a rottura, può essere innalzato mediante particolari processi superficiali. In particolare lo Shot Peening (Pallinatura Controllata), che è un bombardamento controllato della superficie metallica eseguito mediante particolari microsfere, genera a livello superficiale delle tensioni residue di compressione che ostacolano la generazione, l'innesco e la propagazione delle cricche. Per farla breve è come se la cricca venisse 'compressa' e ostacolata nel suo cammino. Questo tipo di processo è ampiamente utilizzato in ambito aeronautico, automotive ed energia. Nel settore della bicicletta è un pò meno conosciuto.
Negli ultimi anni, anche grazie alla mia passione per la bici, siamo riusciti a migliorare
le performance di particolari quali pedivelle, forchette sella, telai, ecc. proprio grazie a questo trattamento. In ambito mtb ho trattato i forcellini del cambio posteriore perchè ero stanco di doverne portare sempre uno di ricambio nello zaino. Adesso è ancora nello zaino, ma non l'ho più dovuto usare...
Per chi volesse saperne di più può collegarsi al sito www.metalimprovement.co.uk/italian.html o scrivermi all'indirizzo [email protected].
 

Marco1971

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...esattamente sullo stesso piano.
Non "soffre" il fenomeno di guasto per fatica che è correlato 1:1 con le leghe metalliche ma ha anche "Lui" materiale composito sulla "bocca di tutti" i suoi enormi e gravissimi problemi.
A cominciare dalle matrici in materiale plastico o resine varie nelle quali vengono inglobate le fibre nere.
Sul tema esiste una letteratura sterminata...sul tema delle proprietà dei materiali compositi ed anche sui problemi di affidabilità.
Ma ovviamente il "marketing" evita accuratamente di richiamare alcunché.
Oggi il nec plus ultra del marketing dei materiali compositi con fibre di carbonio sono i compositi ad ultra alto modulo con resine balistiche.
E sempre come gentile concessione delle ricerche molto poco filantropiche in campo militare e paramilitare abbiamo qualsiasi cosa.
Rete Internet inclusa.

Marco1971.
 
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Marco1971

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Bell'articolo: chiaro ma allo stesso tempo esaustivo e dettagliato!
Aggiungo solo alcune note a margine.
Per fortuna il limite di fatica, inteso come numero di cicli a rottura, può essere innalzato mediante particolari processi superficiali. In particolare lo Shot Peening (Pallinatura Controllata), che è un bombardamento controllato della superficie metallica eseguito mediante particolari microsfere, genera a livello superficiale delle tensioni residue di compressione che ostacolano la generazione, l'innesco e la propagazione delle cricche. Per farla breve è come se la cricca venisse 'compressa' e ostacolata nel suo cammino. Questo tipo di processo è ampiamente utilizzato in ambito aeronautico, automotive ed energia. Nel settore della bicicletta è un pò meno conosciuto.
Negli ultimi anni, anche grazie alla mia passione per la bici, siamo riusciti a migliorare
le performance di particolari quali pedivelle, forchette sella, telai, ecc. proprio grazie a questo trattamento. In ambito mtb ho trattato i forcellini del cambio posteriore perchè ero stanco di doverne portare sempre uno di ricambio nello zaino. Adesso è ancora nello zaino, ma non l'ho più dovuto usare...
Per chi volesse saperne di più può collegarsi al sito [url]www.metalimprovement.co.uk/italian.html[/URL] o scrivermi all'indirizzo [email protected].


...è usato da tempo immemore da Gary Fisher e poi Trek sulla famosa lega metallica di alluminio bombardata proprio con materiale ceramico zirconio.
Lega ZR9000 od alluminio Alpha Red od equipollenti.

Marco1971.
 
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IGambioli

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La fatica è un fenomeno tipico dei materiali metallici (tutti, compresi titanio, acciaio inox e magnesio per rimanere in ambito industriale), che subsicono una deformazione plastica. Il carbonio può andare incontro a rotture più subdole e inprevedibili, in pratica non c'e una generazione di cricche che ti possano avvisare...
Ivan
 

Marco1971

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No, assolutamente. Un telaio più leggero di un'altro può essere assolutamente più resistente. Infatti, io ho detto che esistono oggi metodi per calcolare la vita di un telaio (come per qualsiasi altro organo meccanico) che ti portano ad approssimare gli errori di progettazione a valori molto bassi, se non eliminarli...
Soprattutto con i materiali compositi si possono avere telai molto leggeri ma estremamente resistenti e duraturi. CERTO NON DOBBIAMO TENER CONTO DI EVENTI ESTREMI COME CADUTE O SASSI CHE IMPATTANO SUL TELAIO.
Teniamo anche conto che una qualsiasi cosa può anche rompersi per un difetto di costruzione.

Certo un telaio di una bici non è certo paragonabile ad un aereo, ma sull'Airbus A380 è stato fatto largamente uso di materiali compositi, quali il carbonio in primis.... Vogliamo pensare che non sia stato calcolato a fatica ogni elemento strutturale? Penso di no. E la vita stimata minima è di 30 anni di voli... Quindi...


...abituatevi a non pensare al mondo aeronautico ed aerospaziale come l'Eldorado del tutto è affidabile e pensato per durare.
Proprio la serie Airbus A38x ed il Boeing 787 hanno avuto ed hanno tuttora gravissimi problemi di affidabilità proprio a causa dei materiali compositi con fibre di carbonio.
E con il piffero che arrivi a 30 anni di vita stimata minima.
Ci arrivi si per approssimazione successiva stante il fatto che si gioca "sporco" ovvero si sostituisce il componente molto prima che la matematica statistica inizi ad indicare M.T.B.F residuo quasi zero.
Boeing con il suo "orgoglio" l'airliner 787 ha avuto dei "guasti" gravissimi agli impennaggi di coda ed ai timoni.
E se foste stati a bordo di uno dei vettori che ha avuto questi "inconvenienti" avreste una opinione più critica sui materiali compositi che vengono visti puramente ed unicamente nell'ottica della riduzione dei costi.
Perché oggi si fa tutto per ridurre i costi.
Stante il fatto che viviamo in un sistema chiuso a risorse finite...e non si capisce come possa esservi crescita infinita.

Marco1971.
 

Marco1971

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La fatica è un fenomeno tipico dei materiali metallici (tutti, compresi titanio, acciaio inox e magnesio per rimanere in ambito industriale), che subsicono una deformazione plastica. Il carbonio può andare incontro a rotture più subdole e inprevedibili, in pratica non c'e una generazione di cricche che ti possano avvisare...
Ivan


...in carbonio (perché sento sempre parlare in termini generici di "carbonio" ma da solo il carbonio serve a poco almeno che non sia in una famosa sua forma allotropica detta dalle donne diamante) basta un colpetto assestato da un sasso alzato da una delle due ruote (nel caso di biciclette).
Per un aereo lascio a voi immaginare quali possibili varietà di sollecitazioni vi possano essere.
E dopo solo gli ultrasuoni possono dirvi qualche cosa...non basta più il colpettino dato per far suonare la struttura metallica.

Marco1971.
 

Osirico

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Sambuci
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Articolo superbo... :hail: spiegazione di un argomento altrimenti molto tecnico e contorno, in maniera assolutamente semplice e alla portata di tutti... :-) e soprattutto un buon approfondimento all'articolo passato riguardante la durata della bici, che ha creato molto scetticismo ed incredulità; ma con questo si è data una spiegazione innegabile ed evidente alla quale non si può controbattere... ottimo lavoro... :}}}:
 

One_1

Biker perfektus
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Può anche semplicemente essere che si tratti di un dimensionamento calibrato anche in funzione della "vita utile" stimata statisticamente. Il compianto Sheldon Brown aveva scritto che la bici "da supermercato" venduta nei grandi magazzini USA aveva una media di uso di 75 miglia (120 km) e che quindi la componentistica aveva una qualità sufficiente per quella durata e non per altro. Allo stesso modo non mi meraviglierei che la robustezza di telai o componenti fosse in funzione della "vita media": provate a riflettere su quanti anni avete tenuto le vostre bici...

Che sia tutto dimensionato in base alla vita media calcolata non lo metto in dubbio e mi pare anche corretto così... nel settore meccanico questo approccio permette di avere una vita dei componenti più o meno paragonabile, limitando gli sprechi.

Mi chiedevo se il progressivo alleggerimento dei telai sia dovuto ad un miglioramento tecnico, che permette quindi di mantenere la stessa vita media stimata pur riducendo la quantità di materiale utilizzato, oppure se di anno in anno la vita media "calcolata" di un nuovo modello vada riducendosi, accelerando quel processo di obsolescenza programmata che tanto piace alle aziende.

Detto in parole povere... una bici di oggi è fatta per durare quanto una bici di 10 anni fa o si sta abbassando volutamente la vita media (funzionale e percepita)?
 

Bugs

Biker novus
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Trento
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Non sono del tutto convinto che la "legge del fil di ferro" sia riconducibile al fenomeno della fatica. Il fil di ferro, piegandolo più volte, lo deformi plasticamente in un senso e nell'altro, incrudendolo. Incrudire un materiale, significa renderlo più resistente, ma anche molto più fragile. Infatti, mano a mano che pieghi il fil di ferro da una parte all'altra, si sente che diventa sempre più duro fino a rompersi a causa della sua fragilià. Il fenomeno della fatica, da quello che so, non si presenta mai su deformazioni plastiche, ma solo elastiche: caso a cui sono soggetti i nostri componenti. Sbaglio?
 

Marco1971

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Detto in parole povere... una bici di oggi è fatta per durare quanto una bici di 10 anni fa o si sta abbassando volutamente la vita media (funzionale e percepita)?

...obsolescenza programmata.
Non c'è niente da fare...il sistema capitalistico occidentale con tanto di consumismo appresso e consumatore che deve consumare affinché non si producano stati come quelli che stiamo attraversando di "crisi" (più o meno artificialmente indotte) è oggi basato sulla produzione di sistemi a degrado intrinseco programmato.
Trenta od anche venti anni or sono la teoria di base matematico statistica necessaria per condurre a questa "programmazione" non era ancora che in stato embrionale...ma oggi.
Ecco perché chi viveva già in quelle epoche anche solo come bambino od adolescente ha la sensazione "che le cose durassero di più" un tempo.
Oggi abbiamo adeguate conoscenze...per parafrasare noto incipit di apertura di notissima serie televisiva anni '70.
E non accade solo in questo limitato settore dello scibile umano.
Siamo fatti per non durare...altra citazione di noto Nexus 6.

Marco1971.
 

sembola

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Detto in parole povere... una bici di oggi è fatta per durare quanto una bici di 10 anni fa o si sta abbassando volutamente la vita media (funzionale e percepita)?
La mia sensazione è che oggi il limite sia più calcolato, mentre nel passato era più approssimato.

...obsolescenza programmata.
Nel nostro caso molto poco ben programmata e realizzata, a giudicare dai "ritrovati di marketing" periodicamente lanciati per convincerci a cambiare bici. Voglio dire che comunque la percentuale di bici che giungono alla fine della loro vita per rottura è comunque molto piccola.

siamo fatti per non durare...
E' scritto (materialmente) nel nostro DNA :prost:
 
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L'ottimizzazione è andare in prossimità dei limiti di resistenza, per risparmiare materiale (pesi, ecc).

OT:
Le strutture in cemento armato sono garantite solo per 10 anni, e hanno una vita prevista di 50 anni, lo sapete?
Quelle in pietra costruite duemila anni fa sono ancora lì, perché non erano "ottimizzate".
Tra 2000 anni quelle in pietra costruite dai Romani saranno ancora lì, mentre i nostri ponti e palazzi in calcestruzzo armato non saranno che polvere e barre arrugginite.
fine OT

Non c'è niente da fare... il risparmio di peso e la durata nel tempo non sono concetti molto concordanti. ;-)
 
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Marco1971

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L'ottimizzazione è andare in prossimità dei limiti di resistenza, per risparmiare materiale (pesi, ecc).

OT:
Le strutture in cemento armato sono garantite solo per 10 anni, lo sapete?
Quelle in pietra costruite duemila anni fa sono ancora lì, perché non erano "ottimizzate".
Tra 2000 anni quelle in pietra costruite dai Romani saranno ancora lì, mentre i nostri ponti e palazzi in calcestruzzo armato non saranno che polvere e barre arrugginite.
fine OT

Non c'è niente da fare... il risparmio di peso e la durata nel tempo non sono concetti molto concordanti. ;-)


...il mito della eternità delle costruzioni in cemento armato è stato artatamente creato in Italia soprattutto negli anni del boom economico '60.
Ma in realtà già i tedeschi durante la WWII conoscevano abbastanza bene la sua aspettativa di vita.
La carbonatazione...se volete vederne un esempio guardate il ponte che passa da Ripafratta e che un tempo portava il vecchio corso di nota autostrada.

Marco1971.
 

motobimbo

Biker nirvanensus
30/9/08
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Cimino
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La mia sensazione è che oggi il limite sia più calcolato, mentre nel passato era più approssimato.

per le biciclette?

può darsi...ma ad esempio le lavatrici degli anni '70 duravano molto di più rispetto a quelle attuali.

e (andando indietro) vogliamo parlare delle belle lavanderine?
quelle pulzelle che si recavano scalze e con una camicetta succinta al torrente più vicino per sfregare i lenzuolini...vuoi mettere l'eros che trasmettevano?
santoDDio...dei poeti della Madonna ci sono rimasti sotto a 'sta cosa!

però è anche vero che allora non c'era tutto il calcare che c'è adesso e se ti azzardi a bagnare qualsiasi cosa in qualsiasi fiume (anche sacro) o fiumiciattolo o torrentello chedirsivoglia, capace pure che ti ritrovi la mano verde indelebile fluorescente pulsante... e del lenzuolino che impugnava rimane solo il ricordo di ciò che ci si è fatto sopra.

:smile:
 

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