Comportement circulaire d’une roue à la déformation

Après presque 12 mois sans publication, vous pensiez que la série d’articles spécialisés était passée à la trappe? Que nenni! Le Phoenix se relève toujours ! Et vous aurez droit à quelques pépites, promis.

Cette fois ci, nous nous intéressons à des particularités rarement, ou jamais (?!) étudiées: les déformations circulaires des roues sous la contrainte. Se comportent-elles de manière fixe, régulière, exponentielles ou linéaires? Vous saurez tout dans cette publication. RAR test deformation circulaire

PROTOCOLE

Ici, nous chargeons à 10kg, perpendiculairement la jante à un point précis, sur plusieurs roues, pour comparaison.

La charge crée une déformation, qui représente la déflexion de la roue au niveau du sol. Elle évolue tout le long de la circonférence, jusqu’au point opposé (180°) représentant le mouvement entre les patins de freins. Nous interpréterons l’évolution de cette déviation sur les 360°.

Les courbes de déformation sont présentées de telle manière que le premier point et le dernier soient les même (1 tour de la roue). Les courbes sont donc symétriques en leur milieu.

Pour ce test, trois roues avant RAR EVEN 38 pneus/DT350 sont passées à l’essai.

 

Comment réagissent-elles?

Sur les courbes, les déformations des trois roues prennent une forme, une tendance et des valeurs très proches: logique puisqu’il s’agit de la même roue (!).

Déformations roues avant

Courbe de déformation roue avant RAR EVEN 36

Les déformations sont symétriques par rapport au milieu du graphique qui est le point opposé à l’application de la charge (180°). La déformation diminue rapidement jusqu’au 1/4 de roue où elle atteint une valeur nulle, puis la roue se déforme de l’autre côté, dans des proportions beaucoup plus faibles. Globalement on note une stabilisation de la déformation autour de la valve: le pallier comprend environ 6 rayons; 3 de chaque côté.

De chaque côté de la roue, le comportement est identique car la roue avant route est symétrique.

Sur l’image ci-dessous, nous représentons par code couleur les déformations:
– le rouge représente la déformation max du point d’application
– les dégradés du rouge au jaune indiquent la diminution de cette déformation jusqu’au vert indiquant la déformation nulle
– les dégradés de bleu/violet indiquent le passage de la déformation dans le sens opposé du sens d’application de la force

Tensions de rayons hors charge

Courbe de tension de rayon initiale, roue avant RAR EVEN 38

Sur cette première courbe figurent les tensions initiales, avant application de la charge latérale. Elles sont homogènes, se tiennent dans une amplitude de +/-5%, les quelques variations sont volontairement appliquées.

Tensions de rayons avec charge

Courbe de tension de rayon charger, droit, roue avant RAR EVEN 38

Dans un premier temps, ces 3 courbes représentent l’évolution des tensions de rayons, suite à déformation de la roue. Le côté visé ici est le côté de la roue qui gagne en tension.

On se rend compte que la tension initiale est accrue autour du point d’application de la charge, mais baisse très rapidement pour atteindre un pallier qui correspond à la tension initiale. Cette stabilisation de la tension sur la partie centrale représente environ les 3/4 de la roue.

Le coté qui gagne en tension a donc un comportement assez simple: la tension des rayons est supérieure à la tension initiale sur la zone déformée le plus, mais le reste de la roue conserve quasiment sa tension d’origine.

Courbe de tension de rayon charger, gauche, roue avant RAR EVEN 38

Dans un second temps, ces trois courbes correspondent au deuxième côté de la roue: celui dont la tension des rayons diminue.

En effet les tensions des rayons sur la zone la plus déformée sont bien inférieures à la tension initiale de la roue. Pourtant, cette tension repart à la hausse pour atteindre la tension initiale au niveau du quart de roue. Un léger pic peut être enregistré sur le 6ème rayon (108°): on note que la tension initiale de 870N en moyenne est même largement dépassée sur cette zone. Son symétrique (le rayon 252°) présente aussi une hausse toutefois plus contenue.

En plein centre, la courbe de tensions est assez régulière et constante, sauf au point parfaitement central (l’opposé de la charge) où elle tend à diminuer.

Analyse

Schéma expliquant le test réalisé avec la direction de la force ainsi que l’emplacement des rayons tendus et détendus.

La courbe qui suit résume les informations présentées sur toutes les courbes précédentes. Les tendances des courbes étant identiques, on y applique ici une moyenne des relevés pour pouvoir distinguer rapidement les phénomènes.

Courbe moyenne des mesures réalisées roue avant RAR EVEN 38

Concrètement, l’application de la charge au point 0° déforme la roue et modifie la distance que parcourt le rayon pour aller s’accrocher à la jante. D’un côté les rayons prennent en tension localement, et de l’autre ils en perdent localement. On n’apprend pas grand chose jusqu’ici.

La partie intéressante concerne la réaction de la roue et de ses tensions de rayons hors zone de déformation maximale. On se rend compte que lorsqu’elle est dans sa zone de « non déformation », pile à la perpendiculaire de la zone chargée (rayon 90° et 270°) les rayons ont repris leur tension initiale, et plus intéressant, leur tension n’évolue pas pour un côté de la roue, ou de manière insuffisamment nette, et de l’autre côté, des pics de tensions apparaissent.

Pourquoi un tel comportement sur cette zone de déformation opposée à la zone chargée et comment l’expliquer?

Pourquoi ces crêtes se créent-elles d’un côté, alors que de l’autre côté la tension ne présente pas de baisse consécutive? Le comportement étonne.

Il est très possible que la forte pente montante de la courbe noire ne puisse pas être absorbée en seulement 1 ou 2 rayons, donc elle « met du temps » à ralentir sa montée, comme s’il y avait une inertie dans le phénomène. De la même manière, on se rend compte qu’après cette crête, la courbe noire entame la baisse de tensions, pour se rapprocher de la tension initiale pile à l’opposé de la zone chargée.

En clair il y a une synchronisation des phénomènes qui se complètent, ou se rapprochent.

 

Pour conclure

Nous pouvons constater que chacune des composantes de tensions, de déformation ont une influence directe entre elles.
Lorsque la jante se déforme,  les rayons réagissent pour la maintenir en place.
D’un côté, ils se tendent, tandis qu’ils se détendent de l’autre côté.

Logiquement donc, ceci sous entendrait que plus la roue est rigide, plus les variations de déformation et de tension sont faibles.

La déformation nulle à 90° du point d’application de la charge rend cohérent la conception des cadres avec freins sous la boîte de pédalier: il s’agit exactement de la perpendiculaire avec le sol. Cette conception évite donc les mouvements néfastes de la jante entre patins de freins habituellement à l’opposé (180°) de la déformation roue près du sol.

Nous mesurerons dans de futurs tests l’influence des rayons sur ces déformations via différents modèles.

 
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