Đường có thể kích thích tần số eigen khung?

Trong kỳ nghỉ xe đạp cuối cùng của tôi, tôi đã tình cờ đạp xe trên những con đường có sọc ngang để đánh dấu lối rẽ.

Các sọc được làm bằng sơn đường, và cao hơn một chút so với mặt phẳng đường, do đó, việc đi qua chúng làm cho bạn cảm thấy vết sưng.

Ở tốc độ người ta có thể đạt được trong khi xuống dốc, "ta-ta-pum" lặp đi lặp lại là không thoải mái, vì vậy tôi bị buộc phải giảm tốc độ.

Tuy nhiên, tôi đã tự hỏi: có thể xảy ra rằng, đối với một số tốc độ cụ thể của xe đạp, tần số va chạm cộng hưởng với tần số Eigen khung dẫn đến thất bại khung hình thảm khốc?

Dưới đây là một vài biểu đồ giả thuyết về phản ứng của một chiếc xe đạp bị tác động bởi một lực lái ở một tần số cụ thể.

Cái không thực tế ở bên trái là loại biểu đồ sẽ dẫn đến kịch bản văn hóa đại chúng nơi chiếc xe đạp bị vỡ do cộng hưởng. Sự cộng hưởng phải ở tần số khá thấp để phù hợp với tần số của những va chạm trên đường. Có rất ít giảm xóc (ma sát bên trong hệ thống người đi xe đạp) và điều này thể hiện theo hai cách: (1) như bạn mong đợi bằng trực giác, phản ứng cao hơn vì năng lượng không bị tiêu tán nhanh thành nhiệt; (2) ít trực giác hơn, nó làm cho cực đại cộng hưởng rất hẹp.

Biểu đồ thứ hai giống như những gì tôi mong đợi đối với một hệ thống như khung xe đạp được ghép nối với cơ thể của người lái. Bởi vì khung là một đối tượng phức tạp, nó có nhiều tần số cộng hưởng, không chỉ một và mỗi cái đều khá yếu. Tôi hy vọng rằng tần số cộng hưởng sẽ khá cao, có thể là 100-1000 Hz và cao hơn, vì khung hình cứng và nhẹ. Có rất nhiều giảm xóc, do khớp nối khung với thân hình mềm mại của người lái, khớp với lốp xe, và cũng có thể do ma sát bên trong khung. Giảm xóc này làm cho các đỉnh không cao lắm, và cũng làm cho chúng rộng ra, vì vậy chúng hòa trộn với nhau.

Nếu bạn muốn có một số bằng chứng thực nghiệm về điều này, hãy lấy xe đạp của bạn và đập vào nó bằng nắm đấm của bạn ở nhiều điểm khác nhau và theo nhiều hướng khác nhau. (Tôi đoán bạn muốn làm điều này trong khi ngồi trên nó, vì cơ thể bạn ảnh hưởng đến hệ thống với khối lượng và giảm xóc của nó.) Nếu có cộng hưởng trong vùng âm thanh, bạn sẽ nghe thấy các tần số đó là âm thanh nghe được. Nếu có cộng hưởng tần số thấp, bạn sẽ cảm thấy đó là những rung động. Bạn có thể cho biết mức độ giảm xóc dựa trên thời gian duy trì tiếng chuông. Nếu nó reo như chuông, bạn có giảm xóc thấp. Nếu đó là một tiếng uỵch nhanh hoặc "dink" ngay lập tức rơi ra, bạn có khả năng giảm xóc cao.

Ngay cả khi bạn giả sử trường hợp xấu nhất của đồ thị bên trái, thì cực đại là rất hẹp. (Để làm cho nó đủ cao để phá hủy chiếc xe đạp, chúng ta phải giảm xóc đủ thấp để chiều rộng trở nên rất nhỏ.) Điều này có nghĩa là mối nguy hiểm sẽ chỉ xảy ra ở một dải tần rất nhỏ, rất cụ thể. Tôi nghĩ rằng nếu hầu hết chúng ta trải nghiệm điều này trong khi đi xe, chúng ta sẽ chậm lại một chút theo bản năng. Điều đó sẽ khiến tần số lái xe giảm xuống và ngay lập tức đưa chúng ta đi quá xa tần số cộng hưởng để kích thích bất kỳ phản ứng đáng kể nào.

Các nhà thiết kế rõ ràng sẽ không muốn tạo ra một chiếc xe đạp sẽ rung với giảm xóc thấp để đáp ứng với lực dọc từ một vết va chạm trên đường. Một chiếc xe đạp như vậy sẽ dao động lên xuống trong một thời gian dài, sẽ gây khó chịu. Ngay cả trong trường hợp một chiếc xe đạp leo núi có giảm xóc, có lẽ có một tấn giảm xóc được thiết kế thành các cú sốc để tránh chỉ loại hiệu ứng này.

Tần số cộng hưởng gặp phải trên mặt đường sẽ dành cho toàn bộ hệ thống xe đạp, ví dụ như khung, bánh xe, người lái, v.v. Người lái được gắn vào khung một cách hiệu quả thông qua các yếu tố với các đặc tính điều khiển lò xo, giảm xóc và chủ động (tay và chân). Những vụ va chạm ở một tần số cụ thể có thể khiến người lái bỏ đi.

Khung xe đạp khá cứng nên bất kỳ tần số cộng hưởng không suy giảm nào chúng có sẽ tương đối cao. Chắc chắn không phải ở mức 10 hoặc hơn Hertz mà bạn có thể nhận được từ việc đạp xe trên những quãng đường thường xuyên.

Bạn cho rằng tất cả các cấu trúc thất bại khi bị kích thích ở tần số cộng hưởng. Điều này là không đúng sự thật, nếu không các nhạc cụ âm thanh sẽ tự hủy khi chơi. Tất nhiên, có những cấu trúc trong đó cộng hưởng có thể góp phần gây ra dao động gây tổn hại, nhưng tôi không nghĩ khung xe đạp phải chịu đựng điều này.

Có một hiện tượng gọi là Tốc độ lắc lư https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_wobble có thể gây mất kiểm soát xe đạp. Một sự chao đảo tốc độ là "một dao động nhanh (41010 Hz) chủ yếu chỉ là bánh xe có thể điều khiển được của một chiếc xe. kiểm soát " . Khung sẽ không phanh, nhưng do mất kiểm soát, một vụ tai nạn thảm khốc ở tốc độ cao có thể xảy ra.

Câu hỏi là, liệu những dải đó có thể tạo ra những dao động này hay không và tôi không có câu trả lời cho điều đó. Có lẽ có đủ nhiễu loạn của nhiều tần số xuất hiện mọi lúc và vấn đề chính là gây ra sự không ổn định, không có nhiễu loạn ban đầu.

Bạn có thể thấy một đoạn video hay về một người đi xe đạp đang tăng tốc

Tần số cộng hưởng là một tính năng thiết kế không thể thay đổi. Nhưng nó không chắc là nó sẽ phá hủy khung, ít nhất là một từ một nhà xây dựng có uy tín. Tôi sẽ không đưa ra tuyên bố tương tự cho một BSO có thể bị hàn yếu và vật liệu kém.

Tuy nhiên, những gì bạn trải nghiệm trên đoạn đường này có thể không phải là cộng hưởng khung hình phù hợp mà là sự cộng hưởng của hệ thống xe đạp / người lái gây ra rất nhiều khó chịu. Cách đối phó với nó phụ thuộc vào loại xe đạp, bung hoặc không có. Và nếu nó bị bung ra, việc điều chỉnh cài đặt bộ giảm chấn sẽ giúp ích rất nhiều. Rốt cuộc nó là một phần công việc của họ.

Với một khung cứng và ngã ba, tần số cộng hưởng được đưa ra bởi thiết kế và vật liệu khung. Bit duy nhất có thể thay đổi ở đây sẽ là kích thước lốp trong giới hạn cho bởi kích thước phù hợp lớn nhất. Và đến một mức độ nào đó bởi áp suất lốp.

Vẫn có tùy chọn đi nhanh hơn hoặc chậm hơn nhiều, như bạn sẽ làm trên đường lượn sóng với xe cơ giới. Nếu bạn đã có cơ hội đó, điều đó có nghĩa là bay qua những gợn sóng với tốc độ hoặc theo chúng không có tốc độ nào cả.

Ngoài ra, có một vị trí thư giãn trên xe đạp của bạn. Đừng nắm thanh đòn quá chặt và nâng nhẹ phần dưới của bạn để giữ áp lực nhiều hơn cho bàn đạp với các thanh ngang.

(Cuối cùng, nhưng không kém phần quan trọng, mục đích của các sọc này là làm chậm giao thông, tiếc là chúng có xu hướng gây khó chịu hơn cho người đi xe đạp và can thiệp vào quỹ đạo an toàn hơn so với những người lái xe ô tô có thể chỉ bị làm phiền bởi tiếng ồn.)