Stijfheid en Sterkte van het frame.

Stijfheid en Sterkte van het frame.

Voordat we de gebruikte framematerialen en vormen beschouwen is het zinvol om enige algemene kennis over stijfheid en sterkte van het frame en de gebruikte materialen door te nemen.

• Als het frame belast wordt, zijn twee vragen van belang: hoeveel vervormt het frame (vooral door de trapkrachten) en: gaat het frame niet kapot?
  Een frame waar kracht op uitgeoefend wordt zal altijd vervormen. Bij normaal gebruik zal het frame zijn oorspronkelijke vorm weer krijgen als het frame niet meer belast wordt.
  De mate van niet-blijvende en daarom elastische vervorming wordt aangeduid met het begrip stijfheid. Bij geringe vervorming noemen we een frame stijf, bij grote vervormingen slap.
  Een frame waar te veel kracht op uitgeoefend wordt kan kapot gaan. Als een frame een zware belasting kan doorstaan noemen we het sterk, als het snel kapot gaat noemen we het zwak.
  Een frame is kapot als er scheuren in zitten, deuken in zitten of als het frame te veel verbogen is.
  Het is belangrijk om deze twee begrippen goed uit elkaar te houden. Een frame dat heel sterk is hoeft helemaal niet stijf te zijn en een frame dat heel stijf is kan misschien wel heel snel kapot gaan.
  Wanneer we aan een draad een gewicht hangen en op deze manier een kracht uitoefenen, zal de draad een beetje uitrekken. Wanneer het gewicht vergroot wordt zal de draad steeds verder uitrekken. Zolang het gewicht echter onder een bepaalde grens blijft is er niks aan de hand. Zodra het gewicht verwijderd wordt zal de draad zijn oorspronkelijke lengte weer terugkrijgen. Deze vervorming heet elastisch en wordt aangeduid met het begrip stijfheid. Als de draad veel uitrekt noemen we deze slap, als de draad weinig uitrekt noemen we deze slap. Een dikke draad van staal zal minder uitrekken dan een dunne draad en is daarom stijver. Een draad van rubber zal meer uitrekken dan dezelfde draad gemaakt van staal. Rubber is dan ook een slapper materiaal dan staal.
• Op een gegeven moment zal het gewicht aan de draad te groot zijn om nog elastische vervorming te worden genoemd. Als de belasting wordt weggenomen heeft de draad niet meer zijn oorspronkelijke lengte of zal afbreken.
  De blijvende vervorming heet plastische rek. De grens waarbij een constructie plastische vervormt of breekt wordt aangeduid met begrip sterkte. De belasting waarbij de draad plastisch vervormt is de rekgrens, de belasting waarbij de draad breekt is de breukgrens.
  Als in een constructie een onderdeel plastisch vervormd is, functioneert deze meestal niet meer en dient gerepareerd of vervangen te worden. Als de draad bij weinig gewicht plastisch vervormt of breekt noemen we deze zwak, als er veel gewichten aan gehangen kunnen worden noemen we deze sterk. Aan een dikke draad kan meer gewicht gehangen worden dan een dunne. Een dikke draad is daarom sterker. Een draad van aluminium zal eerder kapot gaan dan dezelfde draad van staal.
• Een draad kan plastisch vervormen of breken als de belasting te hoog is. Wanneer een draad geen of zeer weinig plastische rek vertoont maar vrijwel onmiddellijk breekt, is de draad bros.
  Een draad die veel plastisch rekt is taai. Of een draad bros is of taai hangt af van het soort materiaal.
  Een draad van koolstofvezel zal direct breken terwijl een stalen draad eerst plastisch zal vervormen voordat deze breekt.
  Brosse breuk heeft als groot nadeel dat deze zich niet aankondigt.
  Als op de fiets het frame bros breekt, dan breekt het onmiddellijk door midden met de kans op pijnlijke valpartijen. bij plastische vervorming is weliswaar het frame kapot, maar het is nog niet doormidden gebroken.
• Een draad kan ook breken als de belasting steeds onder de rekgrens blijft.
  Als op een draad een wisselde kracht wordt uitgeoefend zal de draad op een gegeven moment kunnen breken. Of dit gebeurt hangt af van de grootte van de belasting, het materiaal, het aantal belastingswisselingen, de constructie en de doorsnede van de draad.
  Breuk door deze wisselende belasting wordt vermoeiingsbreuk genoemd. Net als brosse breuk is deze breukvorm zeer vervelend omdat deze niet te voorspellen is. Op de fiets worden alle onderdelen wisselend belast door trillingen en het draaien van de onderdelen.
  Vooral bij spaken komt vermoeiingsbreuk regelmatig voor.
  Sommige materialen kennen helemaal geen vermoeidheid, andere materialen hebben een duidelijke vermoeiingsgrens net zoals ze een duidelijke rekgrens hebben.
  Sommige materialen kunnen uiteindelijk op vermoeiing breken als de wisselende belasting zich maar vaak genoeg voordoet.