Existe-t-il une défaillance de trame?

Plusieurs questions d'ordre général ont été posées au sujet de combien de temps un cadre de vélo ou en vélo « dernière », et l'essentiel des réponses semble être qu'un vélo peut durer un certain temps si les composants remplaçables sont remplacés et le vélo est assez bien entretenu.

Mais qu'en est-il de l'intégrité structurelle intrinsèque du cadre lui-même? Existe-t-il un risque de défaillance soudaine du cadre ou de désintégration après un certain niveau d'utilisation? Les vélos s'effondrent-ils ou présentent-ils un risque de rupture ou de fracture le long des points faibles? Un de mes vélos a plus de kilomètres que la voiture dans laquelle je rends - et je m'interroge sur l'intégrité de la voiture !

Oui, les cadres échouent même s'ils ne sont pas plantés ou montés de manière excessive. La seule façon d'atténuer ce problème est d'inspecter régulièrement le cadre lors de votre entretien et de votre nettoyage. Recherchez les fissures. Lorsque vous roulez, faites attention aux craquements et aux pincements et trouvez toujours la cause profonde (cela pourrait être une fissure).

Garde en tête que:

• Une mauvaise soudure pourrait bien tenir pendant des années avant de se séparer.

• La rouille non contrôlée peut pénétrer dans les tubes en acier, de l'extérieur vers l'intérieur ou de l'intérieur vers l'extérieur. Une fois qu'il démarre, vous devez rester au-dessus de lui ou il finira par prendre le cadre. La rouille semble également avoir "bon goût" dans les tubes en préférant les jolies choses italiennes à, disons, les schwinns à gaz.

• La fatigue du métal peut former des fissures qui se développent lentement jusqu'à ce que le cadre se casse soudainement (je l'ai vu personnellement là où la base rencontre la patte et sur les manivelles).

L'aluminium est le pire coupable des fissures de fatigue. Les tiges de selle en aluminium et les tubes de direction ont également tendance à développer des efflores d'oxyde d'aluminium qui peuvent bloquer définitivement le tube de selle / tube de direction dans le cadre.

Le carbone ne survit généralement pas à un accident suffisamment grave. J'ai entendu parler de problèmes de délaminage à long terme, mais je n'en ai jamais vu personnellement. AFAIK chaque cadre en carbone "meurt" dans un accident ou un accident qui endommage le cadre au point où le propriétaire ne lui fait plus confiance. Quelqu'un a des histoires sur ce qui arrive au carbone qui n'est pas écrasé?

Pour un exemple concret, voici mon propre échec d'il y a quelques années. C'est arrivé alors que je crêtais une colline très raide. J'ai entendu un "pop" fort et je n'ai pas réalisé ce qui s'est passé jusqu'à ce que je regarde autour de moi et que je vois la base se séparer du décrochage à chaque coup de pédale. Il s'agit d'un vélo en acier et était totalement réparable, BTW. Je n'ai pas planté en conséquence (mais je n'allais pas non plus vite). Notez le peu de rouille visible au sommet de la fissure. Cela indique que la fissure était là depuis un certain temps avant la rupture totale.

Ce à quoi vous faites référence est parfois appelé défaillance catastrophique , lorsqu'une trame tombe en panne sous charge. Bien que cela se produise de temps en temps, c'est relativement rare. Il y a des histoires de cadres en carbone défectueux qui échouent spontanément pendant la conduite, mais ceux-ci semblent toujours être des histoires d'ami d'un ami. La plupart des cadres qui "échouent" le font en raison d'accidents de la circulation ou d'autres dommages. Et, comme le souligne Gary , le support inférieur (et les œillets de montage) sont probablement des zones à porter.

Le matériau du cadre y joue également un rôle. La sagesse conventionnelle dans les cercles de cyclisme est que l'acier est le plus durable - il peut être replié en forme et même ressoudé. Les cadres en aluminium ne le peuvent pas. Et les cadres en fibre de carbone ont la réputation d'être délicats; si l'un de ces casse, vous le jetez et vous en obtenez un nouveau, car les correctifs ne seront pas fiables.

Bien qu'il y ait une part de vérité à cela, l'acier peut être endommagé au point où il serait dangereux de le réparer et de le réutiliser. Et la fibre de carbone est plus durable que les gens ne le pensent. Mais évaluer un cadre endommagé est souvent plus difficile que de simplement le remplacer. Il y a des clés professionnelles qui peuvent faire ce genre d'évaluation sur la base de l'expérience, mais sans passer le cadre à travers une machine à rayons X, vous pouvez vraiment, définitivement, dire qu'un cadre est sûr pour mettre votre poids après avoir été plié et ressoudé ?

En général, oui, le cadre est la partie la plus durable du vélo. Mais elle peut également être endommagée au-delà de toute réparation.

Oui - les montures sont sujettes à l'usure, au vieillissement, à la fatigue. Le principal domaine de préoccupation ou d'échec sur la plupart des cadres se situe au niveau du support inférieur. Sur les cadres en métal et en carbone, c'est un point de contrainte et de flexion élevés. Mais toute soudure ou joint est soumis à des contraintes et peut échouer avec le temps.

Vous devez inspecter périodiquement l'ensemble du cadre, en accordant une attention particulière aux points de soudure ou aux joints. Recherchez attentivement les signes de peinture ou de fissures de soudure ainsi que toute rouille sur les cadres en acier. La meilleure façon de procéder consiste à laver le cadre à la main et à l'inspecter au fur et à mesure. Si vous voulez qu'il dure encore plus longtemps, appliquez une couche de cire pour vélo ou voiture sur votre cadre tous les six mois environ. La cire rend plus difficile l'adhérence de la saleté et de la boue à votre cadre et facilitera le prochain nettoyage.

Cela dit, si vous prenez l'habitude de nettoyer et d'inspecter votre cadre, vous êtes un cycliste `` moyen '' (pas trop lourd ou ne conduisant pas agressivement sur les sauts et les chutes), rangez le vélo correctement et entretenez-le bien, cela pourrait vous survivre.

J'ai vu quelques vieux cadres en acier qui ont échoué. Dans un cas, le tube diagonal s'est fissuré en deux au point où les manettes montées sur le tube diagonal ont été fixées. Dans un autre cas, la fissure était à la jonction entre le tube diagonal et le boîtier de pédalier. J'ai également vu des haubans séparés au niveau du tube de selle.

Mais tous ces échecs se sont produits sur des vélos qui avaient bien évidemment été laissés sous la pluie pendant des années (voire des décennies), et tous étaient encore en cours de conduite, même avec le cadre cassé . Le cadre traditionnel en acier "diamant" est extraordinairement robuste.

Juste quelques notes sur la détection de fissures dans des cadres métalliques:

Recherchez les fissures dans la peinture. Ceux-ci peuvent être assez petits, même ~ 5 mm de long par exemple.

Regardez les points de contrainte de la soudure - qui se trouvent généralement juste au bord du cordon de soudure où le métal est le plus mince. Les supports inférieurs supportent le plus de stress du vélo mais échouent rarement car ils sont les plus supportés. Les abandons sont les domaines d'échec les plus courants au fil du temps selon mon expérience. La plupart des collisions se produisent par l'avant et apparaissent dans la fourche ou à l'endroit où le tube de direction rencontre le tube diagonal. Ce sont les endroits où chercher.

L'aluminium peut se casser subitement. J'ai eu cela sur le guidon. Habituellement, l'acier se plie avant de se casser et est beaucoup plus sûr à ce titre. Les gens qui parlent de durabilité du carbone sont des fanboys ou des vendeurs. Tout le monde sait que le carbone peut se briser de façon spectaculaire.

Les pattes avant, la couronne de fourche et le guidon sont vraiment les points de contrôle de sécurité ultimes à surveiller. les échecs peuvent tuer. Les décrochages arrière se brisant seront mauvais mais pas super dangereux en général.

Les vélos de route légers de fantaisie sont les plus sensibles. La défaillance du cadre d'un vélo de banlieue en acier se produit généralement longtemps après que le vélo a été jonché pour d'autres raisons. Si vous êtes vraiment inquiet de la défaillance du cadre, regardez cette extrémité avant, n'utilisez pas d'aluminium ou de carbone et vous irez bien sur des vélos anciens.

Parfois, les personnes légèrement grandes ou lourdes> 200 lb auront plus de problèmes de fatigue du cadre que le reste d'entre nous, car la plupart des vélos sont conçus pour les petits cyclistes.

Le cadre de mon Giant Explorer a subi une défaillance catastrophique il y a quelques semaines. Le cadre en duralumin s'est divisé en deux sans avertissement sur les deux tubes lors du démontage, les deux roues se séparant complètement. Il a à peine 9 ans, je l'ai acheté neuf, personne d'autre ne l'a jamais monté et il n'a été maltraité en aucune façon. Étant un type de roadster avec un support intégré, il devrait être conçu pour transporter une charge. Il a été assez utilisé, mais uniquement sur les routes et les pistes cyclables, et principalement pour le shopping, les voyages ou le plaisir. Les tubes se sont fracturés à ce qui est clairement un point faible, où les câbles sont entrés dans les tubes. Cela devrait être un avertissement aux autres propriétaires de ce modèle pour vérifier le cadre dans cette zone, en particulier le tube inférieur. Je n'ai été que légèrement blessé, mais cela aurait pu être bien pire, voire mortel,

J'ai réussi à casser un cadre en acier environ 2 ans après l'avoir acheté. Cela impliquait un crash un an après l'avoir possédé puis l'avoir détruit. J'ai remarqué après le crash (dans un fossé) que la géométrie était plus courte et plus serrée. J'ai tout de même continué à le monter. Avec le recul, cela n'aurait peut-être pas été la chose la plus intelligente à faire.

J'ai vu trois vélos avec ce qui semble être des fractures de stress au bas du tube de selle et en haut de la coque du pédalier. Un ami écrou de vélo avec plus de connaissances métallurgiques que moi me dit que cela est causé par l'écrouissage - c'est la même chose qui fait qu'un trombone devient cassant après une flexion répétée. Maintenant que cela est arrivé à mon fidèle cadre Fuji Gran Touer SE chromé-moly après plus de 20 ans d'utilisation quotidienne, je soupçonne que l'habitude de monter et démonter la pédale gauche tout en roulant est quelque chose qui met probablement beaucoup de contrainte / flexion supplémentaire sur cette articulation.

Permettez-moi d'essayer d'aller un peu plus loin que les autres réponses jusqu'à présent. Ma capacité à bien expliquer cela peut être limitée par le fait que je ne suis pas ingénieur. J'accueillerais toute correction.

Durée de vie liée à la fatigue

Cette section détaille la durée de vie du cadre par rapport à la fatigue, c'est-à-dire après une utilisation normale répétée sans accidents ni dommages. La sagesse conventionnelle est que l'acier et le titane sont les matériaux de cadre les plus durables, par exemple [cette réponse] à une question connexe 1 . Cela nécessite un déballage. De nombreux matériaux éprouvent de la fatigue après des chargements répétés (par exemple, coups de pédale). Citons simplement Wikipédia sur ce bit:

En science des matériaux, la fatigue est l'affaiblissement d'un matériau causé par une charge cyclique qui se traduit par des dommages structurels progressifs et localisés et la croissance de fissures. Une fois qu'une fissure s'est amorcée, chaque cycle de chargement augmentera la fissure d'une petite quantité, produisant généralement des stries sur certaines parties de la surface de fracture. La fissure continuera de croître jusqu'à atteindre une taille critique, ce qui se produit lorsque le facteur d'intensité de contrainte de la fissure dépasse la ténacité à la rupture du matériau, produisant une propagation rapide et une rupture typiquement complète de la structure.

L'acier et le titane ont cependant une limite de fatigue . C'est-à-dire que tout chargement en dessous d'une certaine quantité critique ne causera pas du tout de fatigue. Cependant, je ne sais pas quelle est la quantité critique pour chaque matériau et je ne sais pas quels types d'impacts le dépasseraient (par exemple, je soupçonne que de nombreux impacts de véhicules dépassent cette limite pour les deux métaux). L'aluminium ( lien vers Lennard Zinn ) n'a pas de limite de fatigue. N'importe quelle quantité de charge affaiblira le métal et finira par se fatiguer et se fissurer.

Cependant, rappelez-vous qu'ils fabriquent des avions en aluminium et que les avions peuvent être en service pendant des décennies. Ainsi, selon la qualité de la construction, nous pourrions nous attendre à ce que les cadres en aluminium puissent avoir une très longue durée de vie. En effet, le site de Sheldon Brown a un lien vers un test de 1997 de 12 images par Tour Magazine (traduit de l'allemand par Damon Rinard). Le test contenait 4 cadres en aluminium (par exemple Cannondale CAAD 3), 4 cadres en acier (par exemple De Rosa SLX à crampons, Fondriest soudé), du carbone (par exemple Trek OCLV monocoque, Time Helix avec des tubes en carbone dans des cornes en aluminium) et du titane (par exemple une Merlin Team Road).

Ce sont tous des cadres haut de gamme, et ils peuvent avoir été orientés vers des tubes légers et fins. Cependant, un cadre en carbone et deux cadres en aluminium (Trek OCLV, CAAD3 et Principia RSL) sont parvenus à la fin du test, alors qu'aucun des cadres en acier sélectionnés ne l'a fait. Ainsi, l'aluminium peut avoir une limite théorique, mais il peut être difficile pour les cyclistes amateurs de la dépasser en pratique.

Je ne sais pas exactement ce que j'ai entendu parler de la fibre de carbone et de la fatigue plus tôt dans ma carrière. La fibre de carbone peut en fait être peu sensible à la fatigue. Dans cet article Cyclingtips , plusieurs ingénieurs des composites de bicyclettes disent qu'il ne fatigue pas dans le sens discuté ci-dessus. Les cadres en fibre de carbone peuvent durer toute votre vie, sauf dommages. L'industrie aéronautique se tourne de plus en plus vers les pièces en carbone, et encore une fois, elles ne le feraient pas si le carbone était fragile. Les avions doivent avoir une durée de vie de plusieurs décennies car ils sont extrêmement chers.

Processus de manufacture

Encore une fois, je ne suis pas ingénieur des matériaux, mais bon nombre des cadres de ce test de 1997 ont échoué au niveau des joints, par exemple au niveau des pattes ou des zones de soudure. Pour le titane, les soudures doivent être effectuées sous gaz inerte. Si de l'oxygène ou de l'azote pénètre dans la soudure, cela peut rendre le matériau fragile et cela se fissurera . Je ne sais pas quels sont les problèmes chimiques pour l'acier et l'aluminium, mais je pense que la contamination au niveau des soudures est également possible. Citant à nouveau Zinn:

Si vous aviez un cadre en acier ou en titane, je ne pourrais pas prédire une telle rupture de fatigue. En effet, si le concepteur du cadre choisit des tubes en acier ou en titane dont la résistance à la traction et les dimensions (épaisseur de paroi, diamètre et forme) sont telles que les contraintes observées pendant la conduite ne dépasseront jamais - disons, 40% de sa résistance à la traction dans sa chaleur - les zones affectées (c.-à-d. souder) - le cadre durera indéfiniment en l'absence de crash. Bien sûr, des encoches ou des bosses ou de mauvaises soudures (ou, dans le cas de l'acier, de la rouille) abaisseront cette limite (ainsi que la résistance à la traction) et provoqueront une rupture par fatigue à une contrainte plus faible ou un nombre de cycles inférieur.

Zinn fait également allusion aux zones affectées par la chaleur en acier ou en titane. Je crois que cela signifie qu'en raison de la chaleur intense pendant le soudage, le cadre est plus faible dans les zones affectées par la chaleur. Je pense que c'est l'une des raisons pour lesquelles le brasage à l'argent ou les cosses étaient une alternative potentielle à l'acier soudé, car ces processus sont effectués à une température inférieure. Cependant, le test du Tour montre que l'acier à crampons peut également se briser au niveau des joints. Cela pourrait être dû à une contamination des cosses. Nous ne savons évidemment pas précisément pourquoi les cadres du test du Tour se sont cassés, mais en lisant le tableau des échecs sur le site de Brown, beaucoup d'entre eux semblaient être au niveau des joints. Cela me fait penser que ce sont des échecs des processus de fabrication.

À ma connaissance, les cadres en carbone sont généralement fabriqués à partir de feuilles de carbone préformées qui sont disposées dans un moule. Ensuite, de la résine est ajoutée et ils cuisent les cadres. Je crois que généralement les triangles avant et arrière sont fabriqués séparément, puis collés ensemble. Les cadres en carbone peuvent avoir des problèmes différents du traitement thermique. Raoul Luescher a une chaîne Youtubeoù il coupe des cadres en carbone écrasés qui lui sont envoyés pour évaluation. Il trouve fréquemment des vides (c'est-à-dire des trous) dans le carbone. C'est un ancien ingénieur aéronautique. Il semble indiquer qu'il s'agit de problèmes, mais je ne suis pas sûr d'avoir vu une explication détaillée. Je soupçonne que les vides peuvent agir de la même manière que de minuscules fissures dans les cadres métalliques et que des charges répétées peuvent provoquer la propagation (c'est-à-dire l'expansion) du vide au fil du temps, et éventuellement conduire à ce que nous pourrions percevoir comme une défaillance par fatigue.

De plus, la fibre de carbone est en fait constituée de nombreuses fibres fines et très résistantes. Dans un podcast concernant un récent groupe de pannes de fourches en carbone, il a déclaré que certaines fourches étaient conçues avec des coins assez carrés dans le pivot pour aider les câbles à traverser la zone. Il a signalé que les virages serrés sont très stressants pour le carbone et que cela peut être un point d'échec plus tard. Je me souviens (pas en mesure de trouver le lien) d'une vidéo Youtube où il a discuté du guidon avec des trous pour le routage des câbles internes (pour les transmissions électroniques), et il a dit que ces trous pourraient être un point de défaillance si le carbone prenait également des charges. Fondamentalement, sans parler des défauts de fabrication en soi, certains choix de conception peuvent créer des points de défaillance auxquels les ingénieurs de la société de vélos ne s'attendaient pas en fibre de carbone.

Dommage

De retour au passage de Zinn cité, les bosses peuvent être un point de départ de rupture dans les cadres en acier ou en titane malgré leurs caractéristiques de matériaux. De toute évidence, ils auraient le même effet sur les cadres en aluminium. Beaucoup d'entre nous ont le sentiment que la fibre de carbone est fragile, et cela provient probablement de son manque connu de résistance aux chocs. Ainsi, vous pourriez endommager votre cadre contre des impacts même relativement faibles. Cela pourrait ne pas provoquer une défaillance immédiate, mais cela pourrait éventuellement entraîner l'échec de la trame. L'acier peut également rouiller. Cependant, je crois que les cadres en carbone peuvent également se corroder à cause du sel. L'aluminium non peint peut également.

TL; DR pour les consommateurs

Les défauts et les dommages du processus de fabrication sont probablement les plus grandes menaces pour la durée de vie de votre cadre. Je parierais que toutes les images sont potentiellement menacées par ces problèmes.

Soyez particulièrement prudent lors de la manipulation de tout cadre en carbone et de tout cadre constitué de tubes très légers. La sagesse conventionnelle parmi les forums Internet que je fréquente est d'être sceptique à l'égard de tout carbone utilisé pour cette raison. Les consommateurs pourraient vouloir être sceptiques vis-à-vis des cadres qui repoussent les limites de performance du matériau concerné, par exemple les cadres avec des tubes ultra-légers. Les consommateurs pourraient vouloir orienter leur sélection vers les fabricants avec des garanties à vie, bien que cela dépende du fait que le fabricant a survécu à votre vie et que vous conserviez des enregistrements suffisants.

En théorie, les consommateurs pourraient éviter les fabricants réputés pour les défauts de châssis. Le problème est que je ne sais pas comment vous évalueriez cela en dehors de la collecte d'anecdotes.

Il y a des années, j'ai eu une rupture du cadre en acier (Trek 700) au niveau du support de siège et de l'abandon. Je pense que cela peut avoir été causé par la flexion due au fait que mon essieu arrière s'était cassé auparavant. Le vélo était bien utilisé depuis au moins dix ans.

FWIW J'ai également cassé une fois une broche de manivelle JIS, peut-être aussi en raison de forces inhabituelles provenant d'un boulon de fixation de manivelle desserré.

En tant qu'étudiant, j'ai utilisé un cadre en acier brasé à percer qui avait plus de 30 ans.

Donc, ce vélo avait une géométrie de cadre particulièrement faible. Ses débuts me sont inconnus - mon père l'a acheté d'occasion à un moment donné. Il l'a ensuite utilisé à des fins récréatives, donc pas beaucoup de distance, mais des sentiers forestiers plus une certaine charge (enfant sur le siège arrière). À un moment donné, je l'ai hérité comme un vélo suffisamment vieux pour pouvoir être verrouillé toute la nuit dans une ville universitaire sans trop de risques de vol.

Il a échoué dans le sens où il a commencé à se tordre à chaque coup de pédale lorsque j'ai pédalé fort (après environ 5 ans en tant que vélo universitaire principal). Je soupçonne les cornes / brasage. Mais rien de soudain ici.

Je ne sais pas combien de temps cela a duré, je l'ai donné à quelqu'un qui recherchait un vieux vélo pour une utilisation occasionnelle légère et qui ne se souciait pas de la flexion car ce n'était pas encore si mal.