Apakah ada yang namanya kegagalan bingkai?

Beberapa pertanyaan umum telah diajukan mengenai berapa lama sepeda atau kerangka sepeda akan " bertahan ", dan inti dari jawaban adalah bahwa sepeda dapat bertahan cukup lama jika komponen yang dapat diganti diganti dan sepeda dipelihara dengan cukup baik.

Tetapi bagaimana dengan integritas struktural yang melekat dari bingkai itu sendiri? Apakah ada yang namanya risiko kegagalan bingkai mendadak atau disintegrasi setelah beberapa tingkat penggunaan? Apakah sepeda pernah berantakan, atau mengembangkan risiko patah atau patah di sepanjang titik lemah? Salah satu motor saya memiliki jarak tempuh lebih dari itu daripada mobil yang saya putar - dan saya bertanya-tanya tentang integritas mobil !

Ya, bingkai memang gagal meskipun tidak jatuh atau dikendarai secara berlebihan. Satu-satunya cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan memeriksa frame secara teratur selama perawatan dan pembersihan Anda. Cari celahnya. Saat mengendarai, perhatikan bunyi derit dan derit dan selalu temukan akar penyebabnya (bisa jadi retak).

Ingatlah bahwa:

• Lasan yang buruk bisa bertahan selama bertahun-tahun sebelum hancur.

• Karat yang tidak diperiksa dapat makan melalui tabung baja, baik dari luar-dalam atau luar-dalam. Setelah dimulai, Anda harus tetap di atasnya atau akhirnya akan mengambil bingkai. Karat juga tampaknya memiliki "selera yang baik" dalam pipa dengan lebih suka barang-barang Italia yang cantik, misalnya, pipa gas schwinn.

• Kelelahan logam dapat membentuk retakan yang tumbuh perlahan sampai bingkai tiba-tiba patah (saya telah melihat ini secara pribadi di mana chainstay bertemu dengan dropout, dan pada lengan engkol).

Aluminium adalah penyebab terburuk untuk retak kelelahan. Aluminium seatposts dan steerer tubes juga memiliki kecenderungan untuk mengembangkan aluminium oksida yang secara permanen dapat menyumbat seatube / steerer-tube dalam frame.

Karbon biasanya tidak akan selamat dari tabrakan yang cukup buruk. Saya pernah mendengar masalah delaminasi jangka panjang, tetapi tidak pernah melihatnya secara pribadi. AFAIK setiap kerangka karbon "mati" dalam tabrakan atau kecelakaan yang merusak bingkai ke titik di mana pemiliknya tidak lagi mempercayainya. Adakah yang punya cerita tentang apa yang terjadi pada karbon yang tidak jatuh?

Sebagai contoh nyata, di bawah ini adalah kegagalan saya sendiri dari beberapa tahun yang lalu. Itu terjadi ketika saya sedang mendaki bukit yang sangat curam. Saya mendengar "pop" keras dan tidak menyadari apa yang terjadi sampai saya melihat sekeliling dan melihat chainstay terpisah dari dropout dengan setiap pukulan pedal. Ini adalah sepeda baja dan benar-benar diperbaiki, BTW. Saya tidak jatuh sebagai hasilnya (tetapi saya juga tidak cepat). Perhatikan sedikit karat yang terlihat di bagian atas celah. Ini menunjukkan bahwa retakan telah ada selama beberapa waktu sebelum kegagalan total.

Apa yang Anda maksudkan kadang-kadang dikenal sebagai kegagalan katastropik , ketika sebuah frame gagal di bawah beban. Walaupun ini memang terjadi dari waktu ke waktu, itu relatif jarang. Ada kisah-kisah tentang kerangka karbon yang rusak yang gagal secara spontan saat mengendarai, tetapi ini sepertinya selalu menjadi kisah teman-teman. Sebagian besar frame yang "gagal" melakukannya karena kecelakaan lalu lintas atau kerusakan lainnya. Dan, seperti yang ditunjukkan Gary , braket bawah (dan lubang pemasangan) kemungkinan adalah area yang akan dikenakan.

Bahan bingkai juga berperan dalam hal ini. Kebijaksanaan konvensional dalam lingkaran bersepeda adalah bahwa baja adalah yang paling tahan lama - dapat ditekuk kembali ke bentuk semula dan bahkan dilas ulang. Bingkai aluminium tidak bisa. Dan frame serat karbon memiliki reputasi untuk menjadi halus; jika salah satu dari itu rusak, Anda membuangnya dan mendapatkan yang baru, karena perbaikan apa pun tidak dapat diandalkan.

Meskipun ada beberapa kebenaran dalam hal ini, baja dapat rusak hingga tidak aman untuk diperbaiki dan digunakan kembali. Dan serat karbon lebih tahan lama daripada yang diasumsikan orang. Tetapi mengevaluasi bingkai yang rusak seringkali lebih banyak masalah daripada sekadar menggantinya. Ada ahli kunci pro yang dapat melakukan evaluasi semacam ini berdasarkan pengalaman, tetapi tanpa menempatkan frame melalui mesin x-ray dapat Anda benar-benar, secara definitif mengatakan bahwa frame aman untuk meletakkan berat badan Anda setelah dibengkokkan dan dilas ulang ?

Secara umum, ya, frame adalah bagian paling tahan lama dari sepeda. Tapi itu juga bisa rusak diperbaiki.

Ya - bingkai dapat dikenakan, sobek, penuaan dan kelelahan. Area utama yang menjadi perhatian atau kegagalan pada sebagian besar frame adalah di braket bawah. Pada kedua kerangka logam dan karbon ini adalah titik stres dan kelenturan tinggi. Tetapi setiap lasan atau sambungan mengalami tekanan dan mungkin gagal seiring waktu.

Anda harus secara berkala memeriksa seluruh kerangka, dengan memperhatikan titik-titik atau sambungan. Perhatikan baik-baik tanda-tanda cat atau retak las serta karat pada rangka baja. Cara terbaik untuk melakukan ini adalah dengan mencuci tangan bingkai dan memeriksanya saat Anda pergi. Jika Anda ingin tahan lebih lama, oleskan lapisan sepeda atau lilin mobil pada kerangka Anda setiap enam bulan sekali. Lilin membuat kotoran dan lumpur lebih sulit menempel pada bingkai Anda, dan akan membuat pembersihan berikutnya lebih mudah.

Yang mengatakan, jika Anda membiasakan diri untuk membersihkan dan memeriksa bingkai Anda, adalah pengendara 'rata-rata' (tidak terlalu berat atau mengendarai secara agresif dari lompatan dan tetes), menyimpan sepeda dengan benar dan merawatnya dengan baik itu bisa dibayangkan lebih lama dari Anda.

Saya telah melihat beberapa kerangka baja tua yang gagal. Dalam satu kasus tabung bawah retak menjadi dua pada titik di mana shifter yang dipasang di bawah tabung dipasang. Dalam kasus lain retakan berada di persimpangan antara tabung bawah dan braket bawah. Saya juga melihat kursi terpisah di tabung kursi.

Tetapi semua kegagalan ini terjadi pada sepeda yang jelas telah ditinggalkan dalam hujan selama bertahun-tahun (jika bukan beberapa dekade), dan semuanya masih dikendarai, bahkan dengan kerangka yang rusak . Rangka "berlian" baja tradisional sangat kuat.

Hanya beberapa catatan tentang keretakan pada bingkai logam:

Cari celah di cat. Ini bisa sangat kecil bahkan ~ 5mm misalnya.

Lihatlah titik-titik tegangan lasan - yang biasanya hanya di ujung manik las di mana logam paling tipis. Kurung bawah mengambil tekanan paling besar dari sepeda tetapi jarang gagal karena mereka yang paling didukung. Putus sekolah adalah area kegagalan paling umum dalam pengalaman saya. Sebagian besar tabrakan berasal dari depan dan akan muncul di garpu atau di mana tabung kepala bertemu tabung bawah. Itulah tempat untuk dilihat.

Aluminium bisa patah tiba-tiba. Saya pernah mengalami hal ini pada setang. Biasanya baja akan bengkok sebelum pecah dan jauh lebih aman dalam kapasitas itu. Orang-orang yang berbicara tentang karbon tahan lama adalah penggemar atau penjual. Semua orang tahu karbon bisa pecah secara dramatis.

Putus sekolah di depan, mahkota garpu dan setang benar-benar tempat pemeriksaan keamanan terbaik untuk ditonton. kegagalan di sana bisa membunuh. Pemutusan putus belakang akan menjadi buruk tetapi biasanya tidak terlalu berbahaya.

Sepeda jalan ringan yang mewah adalah yang paling rentan. Kerusakan rangka pada sepeda komuter baja biasanya terjadi lama setelah sepeda dicampakkan karena alasan lain. Jika Anda benar-benar khawatir tentang kegagalan bingkai menonton ujung depan itu, jangan gunakan aluminium atau karbon dan Anda akan baik-baik saja mengendarai sepeda kuno.

Kadang-kadang individu yang sedikit besar atau berat> £ 200 akan memiliki lebih banyak masalah dengan kelelahan bingkai daripada kita semua karena sebagian besar sepeda dirancang untuk pengendara yang lebih kecil.

Kerangka Giant Explorer saya mengalami kegagalan bencana tiba-tiba beberapa minggu yang lalu. Kerangka duralumin terbelah dua tanpa peringatan di kedua tabung saat saya turun, dengan kedua roda benar-benar terpisah. Ini baru berusia 9 tahun, saya membelinya baru, tidak ada orang lain yang pernah menungganginya, dan belum pernah diperlakukan dengan buruk. Menjadi tipe roadster dengan pembawa bawaan, ia harus dirancang untuk membawa beban. Ini telah cukup banyak digunakan, tetapi hanya di jalan dan jalur sepeda, dan terutama untuk berbelanja, bepergian atau bersenang-senang. Tabung retak pada titik yang jelas lemah, di mana kabel memasuki tabung. Ini harus menjadi peringatan bagi pemilik lain dari model ini untuk memeriksa bingkai di daerah ini, terutama tabung bawah. Saya hanya mengalami cedera yang relatif ringan, tetapi bisa saja jauh lebih buruk, bahkan fatal,

Saya berhasil memecahkan rangka baja sekitar 2 tahun setelah membelinya. Itu memang melibatkan tabrakan setahun setelah memilikinya dan kemudian membawanya ke kehancuran. Saya perhatikan setelah tabrakan (ke dalam parit) bahwa geometri terasa lebih pendek dan lebih rapat. Saya hanya terus mengendarainya. Dalam pandangan belakang itu mungkin bukan hal yang paling cerdas untuk dilakukan.

Saya telah melihat tiga sepeda dengan apa yang tampak sebagai fraktur stres di bagian bawah tabung kursi dan bagian atas cangkang braket bawah. Seorang teman sepeda kacang dengan pengetahuan metalurgi lebih dari saya mengatakan kepada saya bahwa ini disebabkan oleh pengerasan kerja - yang merupakan hal yang sama yang menyebabkan klip kertas menjadi rapuh setelah berulang kali dilenturkan. Sekarang hal ini telah terjadi pada kerangka Fuji Gran Touer SE yang krom-moly saya yang dapat dipercaya setelah 20+ tahun penggunaan sehari-hari, saya curiga bahwa kebiasaan memasang dan melepas / mematikan pedal kiri sambil menggulung adalah sesuatu yang mungkin menempatkan banyak stres ekstra / lentur pada sendi ini.

Biarkan saya mencoba untuk melangkah sedikit lebih jauh dari jawaban yang lain sejauh ini. Kemampuan saya untuk menjelaskan ini dengan baik mungkin dibatasi oleh fakta bahwa saya bukan seorang insinyur. Saya akan menerima segala koreksi.

Masa hidup terkait kelelahan

Bagian ini merinci umur bingkai dalam kaitannya dengan kelelahan, yaitu setelah diulangi penggunaan normal tanpa crash atau kerusakan. Kebijaksanaan konvensional adalah bahwa baja dan titanium adalah bahan kerangka yang paling tahan lama, misalnya [jawaban ini] untuk pertanyaan terkait 1 . Ini membutuhkan pembongkaran. Banyak material yang mengalami kelelahan setelah pemuatan berulang (mis. Pukulan pedal). Mari kutip Wikipedia di bit ini:

Dalam ilmu material, kelelahan adalah melemahnya material yang disebabkan oleh beban siklik yang menghasilkan kerusakan struktural progresif dan lokal dan pertumbuhan retakan. Setelah retakan dimulai, setiap siklus pemuatan akan menumbuhkan retakan dalam jumlah kecil, biasanya menghasilkan lekukan pada beberapa bagian permukaan fraktur. Retak akan terus tumbuh hingga mencapai ukuran kritis, yang terjadi ketika faktor intensitas tegangan retak melebihi ketangguhan retak material, menghasilkan perambatan cepat dan biasanya fraktur lengkap struktur.

Baja dan titanium, bagaimanapun, memiliki batas kelelahan . Artinya, setiap pemuatan di bawah jumlah kritis tertentu tidak akan menyebabkan kelelahan sama sekali. Saya tidak yakin berapa jumlah kritis untuk setiap bahan, dan saya tidak yakin dampak macam apa yang akan melampauinya (mis. Saya curiga banyak dampak kendaraan melebihi batas untuk kedua logam). Aluminium ( tautan ke Lennard Zinn ) tidak memiliki batas keletihan. Setiap jumlah beban akan melemahkan logam, dan akhirnya akan kelelahan dan retak.

Namun, ingat bahwa mereka membuat pesawat terbang dari aluminium, dan pesawat dapat beroperasi selama beberapa dekade. Jadi, tergantung pada kualitas konstruksi, kita mungkin berharap bingkai aluminium dapat memiliki rentang hidup yang sangat panjang. Memang, situs Sheldon Brown memiliki tautan ke tes 1997 dari 12 frame oleh Tour Magazine (diterjemahkan dari Jerman oleh Damon Rinard). Tes tersebut mengandung 4 bingkai aluminium (mis. Cannondale CAAD 3), 4 rangka baja (mis. Lugged De Rosa SLX, Fondriest yang dilas), beberapa karbon (mis. Trek OCLV monocoque, Time Helix dengan tabung karbon di lug aluminium), dan beberapa titanium (misalnya Jalan Tim Merlin).

Ini semua adalah frame kelas atas, dan mereka mungkin condong ke arah tabung yang tipis dan ringan. Namun, satu karbon dan dua frame aluminium (Trek OCLV, CAAD3, dan Principia RSL) berhasil sampai akhir pengujian, sementara tidak ada frame baja yang dipilih melakukannya. Jadi, aluminium mungkin memiliki batas teoretis, tetapi mungkin sulit bagi pengendara sepeda amatir untuk melampauinya dalam praktik.

Saya tidak yakin apa, khususnya, saya mendengar tentang serat karbon dan kelelahan sebelumnya dalam karir saya. Serat karbon mungkin sebenarnya tidak terlalu rentan terhadap kelelahan. Dalam artikel Cyclingtips ini , beberapa insinyur sepeda komposit mengatakan bahwa itu tidak kelelahan dalam arti yang dibahas di atas. Bingkai serat karbon dapat bertahan seumur hidup Anda, kecuali kerusakan. Industri penerbangan semakin bergerak ke bagian karbon, dan sekali lagi, mereka tidak akan melakukannya jika karbon rapuh. Pesawat harus memiliki masa pakai multi-dekade karena harganya sangat mahal.

Proses manufaktur

Sekali lagi, saya bukan seorang insinyur bahan, tetapi banyak frame dalam tes 1997 gagal pada sambungan, misalnya di lugs atau di zona las. Untuk titanium, lasan harus dilakukan di bawah gas inert. Jika ada oksigen atau nitrogen masuk ke lasan, itu bisa membuat bahan di sana rapuh, dan itu akan retak . Saya tidak yakin apa masalah kimianya untuk baja dan aluminium, tetapi saya menduga kontaminasi pada lasan juga mungkin terjadi. Mengutip Zinn lagi:

Jika Anda memiliki kerangka baja atau titanium, saya tidak bisa membuat prediksi kegagalan keletihan tertentu. Itu karena, jika perancang bingkai memilih tabung baja atau titanium yang kekuatan dan dimensinya tarik (ketebalan dinding, diameter, dan bentuk) sedemikian rupa sehingga tekanan yang terlihat saat mengendarai tidak akan pernah melebihi - katakanlah, 40 persen dari kekuatan tarik dalam panasnya- zona yang terpengaruh (mis., dilas) - maka bingkai akan bertahan tanpa batas tanpa adanya tabrakan. Tentu saja, takik atau penyok atau lasan yang buruk (atau, dalam kasus baja, karat) akan menurunkan batas itu (juga menurunkan kekuatan tarik) dan menyebabkan kegagalan kelelahan terjadi pada tegangan yang lebih rendah atau jumlah siklus yang lebih rendah.

Zinn juga menyinggung zona yang terkena panas dalam baja atau titanium. Saya percaya ini berarti bahwa karena panas yang hebat selama pengelasan, bingkai lebih lemah di zona yang terkena panas. Saya pikir ini adalah salah satu alasan mengapa mematri perak atau lugs adalah alternatif potensial untuk baja dilas, karena proses tersebut dilakukan pada suhu yang lebih rendah. Namun, tes Tour menunjukkan bahwa baja lugged juga dapat pecah di sambungan. Itu mungkin karena kontaminasi di lugs. Kami jelas tidak tahu persis mengapa frame dalam tes Tour pecah, tetapi membaca tabel kegagalan di situs Brown, banyak dari mereka tampaknya berada di persendian. Itu membuat saya berpikir itu adalah kegagalan proses pembuatan.

Sepengetahuan saya, kerangka karbon biasanya terbuat dari lembaran karbon yang dibentuk sebelumnya yang disusun dalam cetakan. Kemudian, resin ditambahkan, dan mereka membakar bingkai. Saya percaya bahwa biasanya segitiga depan dan belakang dibuat secara terpisah, kemudian disatukan. Rangka karbon mungkin memiliki masalah yang berbeda dengan perlakuan panas. Raoul Luescher memiliki saluran Youtubedi mana ia memotong kerangka karbon yang jatuh yang dikirim kepadanya untuk dievaluasi. Dia sering menemukan rongga (yaitu lubang) di karbon. Dia adalah mantan insinyur aeronautika. Dia tampaknya menunjukkan bahwa ini adalah masalah, tetapi saya tidak yakin saya telah melihat penjelasan terperinci. Saya menduga bahwa void dapat bertindak dengan cara yang sama seperti retakan kecil pada bingkai logam, dan bahwa beban berulang dapat menyebabkan kekosongan merambat (yaitu meluas) dari waktu ke waktu, dan akhirnya mengarah pada apa yang mungkin kita anggap sebagai kegagalan keletihan.

Selain itu, serat karbon sebenarnya terbuat dari banyak serat tipis dan sangat kuat. Dalam satu podcast tentang kelompok kegagalan garpu karbon baru-baru ini, ia mengatakan bahwa beberapa garpu dirancang dengan sudut-sudut yang cukup persegi di kemudi untuk membantu kabel melewati area tersebut. Dia melaporkan bahwa tikungan tajam sangat menekan karbon, dan bahwa ini bisa menjadi titik kegagalan di kemudian hari. Saya ingat (tidak dapat menemukan tautannya) ke video Youtube di mana ia membahas setang dengan lubang untuk rute kabel internal (untuk drivetrains elektronik), dan dia mengatakan lubang itu bisa menjadi titik kegagalan jika karbon mengambil beban juga. Pada dasarnya, apalagi cacat pabrikan, beberapa pilihan desain mungkin menciptakan titik kegagalan yang tidak diharapkan oleh para insinyur perusahaan sepeda dalam serat karbon.

Kerusakan

Kembali ke kutipan Zinn yang dikutip, penyok bisa menjadi titik kegagalan awal dalam rangka baja atau titanium terlepas dari karakteristik materialnya. Jelas, mereka memiliki efek yang sama pada bingkai aluminium. Banyak dari kita memiliki perasaan bahwa serat karbon rapuh, dan yang mungkin berasal dari kurangnya ketahanan terhadap dampak kerusakan. Jadi, Anda dapat merusak bingkai Anda bahkan dari dampak yang relatif kecil. Itu mungkin tidak menyebabkan kegagalan langsung, tetapi pada akhirnya mungkin menyebabkan frame gagal. Baja bisa berkarat juga. Namun, saya percaya kerangka karbon juga dapat menimbulkan korosi dari garam. Aluminium yang tidak dicat juga bisa.

TL; DR untuk konsumen

Cacat dan kerusakan proses pabrikasi mungkin merupakan ancaman terbesar bagi kehidupan frame Anda. Saya berani bertaruh bahwa semua frame mungkin beresiko dari masalah ini.

Berhati-hatilah saat menangani bingkai karbon apa pun, dan bingkai apa pun yang terbuat dari pipa yang sangat ringan. Kebijaksanaan konvensional di antara forum-forum Internet yang sering saya kunjungi adalah bersikap skeptis terhadap karbon yang digunakan karena alasan ini. Konsumen mungkin ingin bersikap skeptis terhadap frame yang mendorong batas kinerja material yang terlibat, misalnya frame dengan tabung ultralight. Konsumen mungkin ingin membiaskan pilihan mereka terhadap pabrikan dengan garansi seumur hidup, meskipun itu tergantung pada pabrikan yang bertahan seumur hidup Anda, dan Anda mempertahankan catatan yang cukup.

Secara teori, konsumen mungkin dapat menghindari produsen dengan reputasi untuk cacat bingkai. Masalahnya adalah, saya tidak yakin bagaimana Anda bisa menilai ini secara praktis selain mengumpulkan anekdot.

Bertahun-tahun yang lalu saya mengalami patah rangka baja (Trek 700) di kursi dan keluar. Saya pikir ini mungkin disebabkan oleh kelenturan karena poros belakang saya sebelumnya patah. Sepeda telah digunakan dengan baik setidaknya selama sepuluh tahun.

FWIW Saya juga pernah memecahkan poros engkol JIS, mungkin juga karena kekuatan yang tidak biasa dari baut pengunci engkol longgar.

Sebagai mahasiswa saya menggunakan kerangka baja brazing step-through yang berumur> 30 tahun.

Jadi, motor itu memiliki kerangka geometri yang sangat lemah. Awalnya tidak diketahui oleh saya - ayah saya membelinya dulu di beberapa titik. Dia kemudian menggunakannya untuk tujuan rekreasi, jadi tidak terlalu jauh tetapi jalur hutan ditambah beberapa beban (anak di kursi belakang). Pada titik tertentu saya mewarisinya sebagai sepeda yang cukup tua sehingga bisa dibiarkan terkunci di malam hari di kota universitas tanpa terlalu banyak bahaya dicuri.

Gagal dalam arti mulai berputar dengan setiap pukulan pedal ketika saya mengayuh sepeda keras (setelah sekitar 5 tahun sebagai sepeda universitas utama saya). Saya curiga lugs / brazing. Tidak ada yang tiba-tiba di sini.

Saya tidak tahu berapa lama itu berlangsung, saya memberikannya kepada seseorang yang sedang mencari sepeda tua untuk penggunaan ringan sesekali dan yang tidak peduli tentang kelenturan karena itu belum terlalu buruk.