Чи можуть дорожні удари збуджувати частоту кадрів власного?

Під час мого останнього свята на велосипеді мені траплялося їхати вниз по дорогах, які мали поперечні смуги, щоб відзначити наближення повороту.

Смуги були зроблені дорожньою фарбою і були трохи вищими за площину дороги, так що, проходячи по них, ви відчуваєте шишку.

На швидкості, яку можна досягти під час спуску, повторний "та-та-пом" не є комфортним, тому мене спонукали гальмувати.

Однак мені було цікаво: чи може статися так, що для якоїсь особливої ​​швидкості на велосипеді частота відбиття перегукується з частотою Eigen кадру, що призводить до потенційної катастрофічної несправності кадру?

Нижче наведено кілька гіпотетичних графіків реакції велосипеда на дію рушійною силою на певній частоті.

Нереально зліва - такий графік, який би призвів до поп-культурного сценарію, коли велосипед розбивається через резонанс. Резонанс повинен бути на досить низькій частоті, щоб відповідати частоті ударів на дорозі. Дуже мало гасіння (внутрішнього тертя в системі велосипедистів), і це виявляється двома способами: (1) як можна інтуїтивно очікувати, реакція вища, оскільки енергія не розсіюється швидко в тепло; (2) менш інтуїтивно, це робить пік резонансу дуже вузьким.

Другий графік більше схожий на те, що я очікував би для такої системи, як рама велосипеда, поєднана з тілом вершника. Оскільки кадр є складним об'єктом, він має багато резонансних частот, а не одну, і кожна з них досить слабка. Я очікую, що резонансні частоти будуть досить високими, ймовірно, 100-1000 Гц і вище, тому що кадр жорсткий і легкий. Існує багато демпфування, завдяки зчепленню рами з м'яким кучерявим тілом вершника, зчепленням з шинами, можливо, також через внутрішнє тертя в рамі. Це затухання робить піки не дуже високими, а також робить їх широкими, тому вони зливаються між собою.

Якщо ви хочете отримати якісь експериментальні докази щодо цього, візьміть велосипед і стукайте ним кулаком у різних місцях і в різних напрямках. (Напевно, ви хочете це зробити, сидячи на ньому, оскільки ваше тіло впливає на систему своєю масою і демпфіруванням.) Якщо в області звуку є резонанси, ви почуєте ці частоти як чутний звук. Якщо є низькочастотні резонанси, ви відчуєте це як вібрацію. Ви можете визначити кількість затухання, виходячи з того, як довго триває дзвінок. Якщо він дзвонить, як дзвін, у вас низьке затухання. Якщо швидкий стукіт або «дінк», який одразу випадає, у вас сильне затухання.

Even if you assume the worst-case scenario of the left-hand graph, the peak is very narrow. (To make it tall enough to destroy the bike, we have to make damping low enough so that the width becomes very small.) This means that the hazard would occur only at a very, very specific, small range of frequencies. I think if most of us experienced this while riding, we would instinctively slow down a little. That would cause the driving frequency to drop and immediately take us too far from the resonant frequency to excite any significant response.

Дизайнери явно не хочуть робити велосипед, який вібруватиме з низьким затуханням у відповідь на вертикальну силу від удару в дорозі. Такий велосипед довго коливатиметься вгору та вниз, що буде дратувати. Навіть у випадку з гірським велосипедом, який має амортизатори, мабуть, є тонна демпфування, призначена для ударів, щоб уникнути саме такого ефекту.

Резонансна частота, що виникає на дорожньому покритті, буде для всієї системи велосипедів, тобто рами, колеса, вершника тощо. Вершник ефективно кріпиться до рами за допомогою елементів із пружинними, затухаючими та активними властивостями управління (руки та ноги). Удари, що виникають на певній частоті, можуть відбити мотоцикліста.

Рами для велосипедів досить жорсткі, тому будь-які неврізані резонансні частоти у них були б відносно високими. Очевидно, не в 10 або більше Герц ви можете отримати від їзди на регулярно розташованих дорожніх ударах.

Ви припускаєте, що всі структури виходять з ладу при збудженні на резонансних частотах. Це, очевидно, не вірно, інакше акустичні музичні інструменти самознищуються під час гри. Звичайно, є структури, де резонанси можуть сприяти згубним коливанням, але я не думаю, що велосипедні рами від цього страждають.

Існує явище під назвою Швидкість коливання https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_wobble, яке може спричинити втрату контролю над велосипедом. Коливання швидкості - це "швидке (4–10 Гц) коливання в основному лише керованого колеса (-ів) транспортного засобу. Спочатку решта транспортного засобу залишається в основному невпливним, доки не переведеться на коливання коливання автомобіля, що збільшує амплітуду, що призводить до втрат контролю " . Рама не буде гальмувати, але через втрату керування може статися катастрофічний збій на високій швидкості.

Питання в тому, чи можуть ці смуги викликати ці коливання, і я не маю на це відповіді. Напевно, існує достатньо збурень багатьох частот, присутніх весь час, і головна проблема полягає в тому, щоб викликати нестабільність, а не отримати початкове збурення.

Ви можете побачити приємне відео велосипедиста, який отримує швидкість коливання

Резонансна частота - це незмінна особливість дизайну. Але навряд чи це зруйнує каркас, принаймні, одного з авторитетного будівельника. Я б не робив такого ж твердження для BSO, який може страждати від слабкого зварювання та поганого матеріалу.

Однак те, що ви відчували на цій ділянці дороги, не був належним резонансом кадрів, а швидше резонансом системного велосипеда / вершника, що викликає багато дискомфорту. Спосіб поводження з ним залежить від типу велосипеда, спружинного або непруженого. А якщо воно запруджене, регулювання налаштування демпферів допоможе дуже багато. Адже це частина їх роботи.

З жорсткою рамою та виделкою резонансна частота задається конструкцією та матеріалом рамки. Єдиним бітом, який тут можна змінити, буде розмір шини в межах, заданих найбільшим розміром розміру. І певною мірою тиском в шинах.

Ще є можливість їхати набагато швидше або набагато повільніше, як ви це робите на гофрованій дорозі з автотранспортом. Якщо у вас була така можливість, це означає або пролітати над брижами зі швидкістю, або слідувати за ними зовсім не швидко.

Також займіть розслаблене положення на своєму велосипеді. Не захоплюйте планку занадто щільно і злегка підніміть дно, щоб зберегти більший тиск на педалі горизонтальними кривошипами.

(Останнє, але не в останню чергу мета цих смуг - уповільнення руху, на жаль, вони, як правило, викликають більший дискомфорт для велосипедистів і перешкоджають безпечній траєкторії, ніж водіям автомобілів, які можуть просто дратувати шум.)