Dapatkah gundukan jalan membangkitkan frekuensi bingkai eigen?

Selama liburan sepeda terakhir saya, saya kebetulan naik turun di jalan yang memiliki garis-garis transversal untuk menandai mendekati belokan.

Garis-garis dibuat dengan cat jalan, dan sedikit lebih tinggi dari pada jalan, sehingga melewatinya membuat Anda merasakan benjolan.

Pada kecepatan yang dapat dicapai seseorang saat menuruni bukit, "ta-ta-pum" yang diulang tidak nyaman, jadi saya dipaksa untuk memperlambat.

Namun saya bertanya-tanya: mungkinkah itu, untuk beberapa kecepatan tertentu sepeda, frekuensi benjolan beresonansi dengan frekuensi frame Eigen yang mengarah ke potensi kegagalan bingkai katastropik?

Di bawah ini adalah beberapa grafik hipotetis dari respons sepeda terhadap tindakan oleh tenaga penggerak pada frekuensi tertentu.

Yang tidak realistis di sebelah kiri adalah jenis grafik yang akan mengarah ke skenario budaya-pop di mana sepeda pecah karena resonansi. Resonansi harus pada frekuensi yang cukup rendah agar sesuai dengan frekuensi gundukan di jalan. Ada sedikit redaman (gesekan internal dalam sistem pengendara sepeda), dan ini muncul dalam dua cara: (1) seperti yang Anda harapkan secara intuitif, responsnya lebih tinggi karena energi tidak dihamburkan dengan cepat menjadi panas; (2) kurang intuitif, itu membuat puncak resonansi sangat sempit.

Grafik kedua lebih seperti apa yang saya harapkan untuk sistem seperti kerangka sepeda yang digabungkan ke tubuh pengendara. Karena frame adalah objek yang rumit, ia memiliki banyak frekuensi resonansi, bukan hanya satu, dan masing-masingnya cukup lemah. Saya berharap bahwa frekuensi resonansi akan agak tinggi, mungkin 100-1000 Hz, dan lebih tinggi, karena bingkainya kaku dan ringan. Ada banyak redaman, karena kopling frame ke bodi empuk lembut pengendara, kopling ke ban, dan mungkin juga karena gesekan internal dalam frame. Redaman ini membuat puncak tidak terlalu tinggi, dan juga membuatnya lebar, sehingga mereka menyatu.

Jika Anda ingin beberapa bukti eksperimental tentang ini, ambil sepeda Anda dan pukul dengan kepalan tangan Anda di berbagai tempat dan di berbagai arah. (Saya kira Anda ingin melakukan ini sambil duduk di atasnya, karena tubuh Anda memengaruhi sistem dengan massa dan redamannya.) Jika ada resonansi di wilayah audio, Anda akan mendengar frekuensi tersebut sebagai suara yang dapat didengar. Jika ada resonansi frekuensi rendah, Anda akan merasakannya sebagai getaran. Anda dapat mengetahui jumlah redaman berdasarkan berapa lama deringan bertahan. Jika berdering seperti bel, Anda memiliki redaman rendah. Jika itu adalah gedebuk cepat atau "dink" yang langsung turun, Anda mengalami redaman tinggi.

Bahkan jika Anda mengasumsikan skenario terburuk dari grafik sebelah kiri, puncaknya sangat sempit. (Untuk membuatnya cukup tinggi untuk menghancurkan sepeda, kita harus membuat redaman cukup rendah sehingga lebarnya menjadi sangat kecil.) Ini berarti bahwa bahaya hanya akan terjadi pada rentang frekuensi yang sangat, sangat spesifik, kecil. Saya pikir jika sebagian besar dari kita mengalami ini saat mengendarai, kita akan secara naluriah sedikit melambat. Itu akan menyebabkan frekuensi mengemudi turun dan segera membawa kita terlalu jauh dari frekuensi resonansi untuk membangkitkan respon signifikan.

Desainer jelas tidak ingin membuat sepeda yang akan bergetar dengan redaman rendah sebagai respons terhadap kekuatan vertikal dari benjolan di jalan. Sepeda seperti itu akan berosilasi naik dan turun untuk waktu yang lama, yang akan mengganggu. Bahkan dalam kasus sepeda gunung yang memiliki peredam kejut, mungkin ada satu ton redaman yang dirancang ke dalam goncangan untuk menghindari efek seperti ini saja.

Frekuensi resonansi yang ditemui pada permukaan jalan adalah untuk seluruh sistem sepeda, yaitu rangka, roda, pengendara, dll. Pengendara secara efektif dilekatkan ke rangka melalui elemen dengan pegas, peredam dan sifat kontrol aktif (lengan dan kaki). Benjolan yang dijumpai pada frekuensi tertentu mungkin dapat melumpuhkan pengendara.

Rangka sepeda cukup kaku sehingga frekuensi resonansi yang tidak terbendung yang mereka miliki akan relatif tinggi. Pasti tidak pada 10 atau lebih Hertz yang Anda dapatkan dari mengendarai gundukan jalan yang berjarak teratur.

Anda menganggap bahwa semua struktur gagal ketika bersemangat pada frekuensi resonansi. Ini jelas tidak benar, jika tidak alat musik akustik akan hancur sendiri ketika dimainkan. Tentu saja ada struktur di mana resonansi dapat berkontribusi terhadap osilasi yang merusak tentu saja, tetapi saya tidak berpikir kerangka sepeda menderita karenanya.

Ada fenomena yang disebut Speed ​​wobbles https://en.wikipedia.org/wiki/Speed_wobble yang dapat menyebabkan hilangnya kontrol sepeda. Goyangan kecepatan adalah " osilasi cepat (4-10 Hz) terutama dari hanya roda yang dapat dikendalikan dari suatu kendaraan. Awalnya, sebagian besar kendaraan tetap tidak terpengaruh, sampai diterjemahkan menjadi wahana kendaraan osilasi peningkatan kehilangan amplitudo yang menghasilkan kehilangan kontrol " . Frame tidak akan rem, tetapi karena kehilangan kontrol, kecelakaan besar dengan kecepatan tinggi dapat terjadi.

Pertanyaannya adalah, apakah strip itu dapat menyebabkan osilasi ini dan saya tidak punya jawaban untuk itu. Mungkin ada cukup banyak gangguan dari frekuensi yang ada sepanjang waktu dan masalah utama adalah untuk menimbulkan ketidakstabilan, tidak untuk mendapatkan gangguan awal.

Anda dapat melihat video bagus dari seorang pengendara sepeda yang mendapatkan goyangan cepat

Frekuensi resonansi adalah fitur desain yang tidak dapat diubah. Tetapi agak tidak mungkin bahwa itu akan menghancurkan bingkai, setidaknya satu dari pembangun yang memiliki reputasi baik. Saya tidak akan membuat pernyataan yang sama untuk BSO yang mungkin menderita karena pengelasan yang lemah dan material yang buruk.

Apa yang Anda alami di jalan ini mungkin bukan resonansi rangka yang tepat, melainkan resonansi sistem sepeda / pengendara yang menyebabkan banyak ketidaknyamanan. Cara mengatasinya tergantung pada jenis sepeda, sprung atau unsprung. Dan jika itu bermunculan, menyesuaikan pengaturan peredam akan banyak membantu. Lagipula itu adalah bagian dari pekerjaan mereka.

Dengan frame dan garpu yang kaku frekuensi resonansi diberikan oleh desain dan material frame. Satu-satunya bit yang dapat diubah di sini adalah ukuran ban dalam batas yang diberikan oleh ukuran pemasangan terbesar. Dan sampai batas tertentu oleh tekanan ban.

Masih ada pilihan untuk berjalan lebih cepat atau lebih lambat, seperti yang Anda lakukan di jalan bergelombang dengan kendaraan bermotor. Jika Anda memiliki kesempatan itu berarti terbang di atas riak dengan kecepatan atau mengikuti mereka tanpa kecepatan sama sekali.

Juga, ambil posisi santai dengan sepeda Anda. Jangan memegang palang terlalu erat dan angkat sedikit alas untuk menjaga lebih banyak tekanan pada pedal dengan engkol mendatar.

(Terakhir, namun tidak kalah penting, tujuan garis-garis ini adalah untuk memperlambat lalu lintas, sayangnya mereka cenderung menyebabkan lebih banyak ketidaknyamanan bagi pengendara sepeda dan mengganggu lintasan yang aman daripada pengemudi mobil yang mungkin hanya terganggu oleh kebisingan.)