Une forte contrainte latérale sur une roue de vélo est problématique. Les roues résistent bien aux charges radiales (verticales) et de torsion, mais sont vulnérables aux contraintes latérales. Heureusement, les forces latérales importantes sont rares sur les vélos à une seule voie qui prennent des virages. Elles restent néanmoins responsables de la plupart des ruptures de roues et leur dynamique exacte demeure mal comprise.
Examinons une charge latérale extrême et découvrons comment une roue réagit. Comment une structure tendue, dotée d'un contreventement triangulaire équilibré, peut-elle se déformer instantanément en une forme de chips inutilisable ?
Une force latérale résulte généralement du contact pneu-sol, par exemple d'un dérapage. Cette force déplace le pneu latéralement, ce qui, à son tour, pousse la jante latéralement. La jante résiste à cette force grâce à sa rigidité en flexion et en torsion. La force est ressentie par les rayons situés à proximité immédiate.
Un rayon du côté où s'exerce la force tend à conserver sa tension. Un rayon du côté opposé à la force se détend. La jante reste immobile jusqu'à ce que la tension du rayon opposé soit nulle. À tension nulle (en quelques millisecondes), toutes les forces s'équilibrent et la jante est indéformée.
Dès que le rayon opposé se déforme, la jante commence à bouger. Idéalement, le rayon du côté de la force, initialement tendu, pourrait augmenter sa tension pour résister à la force. Cependant, en raison de la faible résistance relative des jantes de vélo, la jante s'éloigne de la charge en décrivant un arc de cercle dont le rayon correspond à la longueur du rayon du rayon du rayon de la force. La jante oscille alors à l'extrémité de ce rayon, à la manière d'un yo-yo qui fait le tour du monde.
En pratique, le rayon du côté de la force ne peut pas augmenter sa tension pour maintenir la jante immobile. La jante est trop élastique et oscille au lieu de rester à la même distance du centre théorique de la roue. Dans cet exemple, la force latérale est extrême et notre roue présente désormais une déformation latérale prononcée au point d'impact. Les rayons voisins du côté opposé sont détendus lorsque la jante se déplace vers eux. Cette réduction de tension engendre une poussée positive qui crée deux déformations opposées à la force latérale. De telles déformations se produisent également à proximité de rayons cassés.
Selon l'intensité de la force latérale, la flexibilité de la jante et la tension des rayons, une onde sinusoïdale peut se propager autour de la roue, provoquée par la réduction de moitié, voire plus, de la tension des rayons. Tout état énergétique tend vers un potentiel inférieur. La perte de tension des rayons engendre l'onde sinusoïdale, déformant la jante en une sorte de chips. Ce phénomène est déclenché par la force latérale extrême initiale, mais l'effondrement final résulte de l'implosion de la structure sous tension.
Cette forme de chips, aussi appelée bretzel ou taco, est en réalité un paraboloïde hyperbolique . On peut en observer les contours sur l'attraction Dumbo à Disneyland. Lorsque Dumbo se balance vers le bas, son bras radial agit comme un rayon qui maintient la tension. Le principe est le même lorsqu'il se balance vers le haut, mais comme un rayon du côté opposé.
Sur les roues à jantes extrêmement souples qui ne se déforment pas facilement, il est parfois possible de redresser une roue déformée en la frappant latéralement au sol. Une force latérale extrême appliquée en sens inverse peut engendrer une onde sinusoïdale qui neutralise la déformation. C'est une méthode risquée, mais si vous en êtes témoin, vous saurez qu'elle est exceptionnelle. Les jantes en acier et en bois sont plus adaptées à cette technique que celles en aluminium ou en carbone.
Si vous vous déplacez autour de la jante comme un insecte (ou Dumbo), vous constaterez que celle-ci est déformée latéralement, mais aussi en torsion. Il s'agit d'une déformation en torsion, et non simplement d'une déformation horizontale. Les jantes présentant une grande rigidité en torsion résistent bien mieux à la déformation en forme de taco. La rigidité en torsion augmente avec la quatrième puissance du rayon du plus grand cercle inscrit dans la jante.
La jante ci-dessus (datant d'il y a 15 ans) peut accueillir un grand cercle dans sa section transversale, ce qui lui confère une rigidité torsionnelle extraordinaire. Il est quasiment impossible de la tordre en forme de taco. Sa robustesse ne tient pas seulement à sa forme interne. De nombreuses jantes en fibre de carbone à profil haut présentent une rigidité torsionnelle élevée. Soumises à une charge latérale extrême, elles rebondissent ou se cassent. Remarquez combien de jantes modernes de pointe présentent de larges espaces ouverts dans leur profil ? Un design réussi !
Une roue déformée présente souvent quatre lobes, deux dans un sens, deux dans l'autre ; l'un d'eux est généralement plus grand que les autres. On peut supposer sans risque que la charge latérale maximale s'est appliquée à cet endroit et que les trois autres lobes se sont formés en conséquence. Tenter de redresser cette roue est une perte de temps si la jante est déformée de façon permanente.
En desserrant les rayons, vous constaterez l'importance de la courbure. Une fois les rayons détendus, la jante retrouvera sa forme originelle. Si vous devez réutiliser la jante (par exemple, lors d'une expédition en milieu isolé), essayez de la redresser au maximum sans tendre les rayons. Veillez à ne pas la tordre ni la déformer en la redressant. Une fois la jante redressée, elle supportera de nouveau la tension des rayons et ne risque plus de se voiler à nouveau. Un dévoilage sans redressement préalable crée une structure déséquilibrée, susceptible de se déformer à nouveau.
Avant de quitter l'univers des tacos, des bretzels et des chips, penchons-nous sur une autre façon dont une roue peut se déformer de manière multilobée : la surtension. Une jante ne peut supporter qu'une certaine tension totale, proportionnelle à sa masse et à sa forme. Nous avions l'habitude de fabriquer une jante que nous apprécions particulièrement, capable de supporter 100 kgf par rayon, avec 36 rayons. La même jante, avec 48 rayons, ne pouvait pas supporter 100 kgf sur chaque rayon.
Une roue trop tendue peut se déformer brusquement en une forme ondulée. Le principe est le même que pour les charges latérales extrêmes. Cette déformation présente de nombreux lobes (et non seulement quatre), chacun correspondant à une petite déviation. Si vous réduisez la tension totale, avec un peu de chance, la jante se comportera comme si de rien n'était. Elle cherchait simplement à atteindre un niveau d'énergie inférieur. Dans sa forme ondulée, certains rayons ont perdu de la tension, tandis que d'autres l'ont conservée. La tension totale était donc plus faible.
Que vous entrepreniez ou non un jour un tel dressage, il est important de comprendre les forces en jeu. Une roue peut soudainement se déformer en forme de taco sous l'effet d'une force latérale extrême. Au ralenti, ce phénomène débute en un point et une onde sinusoïdale de déformation se propage autour de la roue, lui donnant souvent une forme de taco à quatre lobes.
En matière de pliage et de tension des métaux, la plupart des opérations sont réversibles. Ainsi, même si cela peut paraître impraticable, ces roues peuvent être réparées. Fort de ces principes, lancez-vous ! Vous n’y parviendrez peut-être pas, mais l’exercice est toujours instructif. C’est en explorant les limites du possible que les mécaniciens de vélos des pays en développement font preuve d’une telle ingéniosité. Développez vos propres compétences, ne les laissez pas s’amuser seuls !
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We Fix Rims Houston
novembre 02, 2021
Great Post