Bilancieri e legge di Hooke

[puresteel]

Già fatto con Mechanica di pro-E e con Ansys... ma del resto lo schema è semplice e i simulatori aggiungono poco valore. E' la classica trave che si studia in 3° ITIS se non ricordo male... il tema vero credo sia a livello del cristallo. Che qualcuno abbia davvero trovato il modo di variare significativamente il modulo E? Posso dirti che ne ho parlato con decine di ingegneri ed esperti di materiali e mai nessuno è riuscito a svelare l'arcano... bisognerebbe rapire ed estirpare info a un tecnico dell'Eleiko... L'hai visto su internet quel test che dicevo?

[Yashiro]

Ciao a tutti ragazzi, ringrazio il Signor Dottor Maestro Vate Eraser per avermi segnalato la discussione
Purtroppo, faccio mea culpa, riesco a bazzicare veramente poco per i forum....


Dico la mia, poi si accettano confutazioni

DISCLAIMER
Sappiate che di seguito userò termini a *****! Confonderò potenze con forze, vettori con energie, miscele con leghe... Il linguaggio tecnico sarà impresentabile, ma cercate di capire il senso tra l'analfabetismo e la demenza.



Non ho fatto ingegneria (3 mesi dubito contino come "ho fatto" aaahaha-ehm..) e ammetto di non conoscere la legge di Hooke, ma produco bilancieri e posso dirvi un paio di cose constatate da esperienza pratica.

Premesso che non esistono bilancieri "cavi" (per dio, dai ragazzi ) quello che fa la totale differenza nella produzione di bilancieri è il tipo di acciaio utilizzato nella costruzione.

Perché la parola "acciaio" è come dire "computer", ed è una generalizzazione mastodontica.
Per "computer" si può intendere un 286, una centralina della Fiat, una workstation della NASA, un Mac, ecc....

L'acciaio è una miscela omogena, composto da una miriade di potenziali elementi chimici:

Ferro
Cromo
Manganese
Silicio
Carbonio
Molibdeno
Nichel
Fosforo
Zolfo

E la variazione anche di uno solo di questi elementi, presenti in quantità minime (parliamo di percentuali da un massimo di 2% ad un minimo anche di 0,02%) stravolgono le proprietà del metallo.

Come se non bastasse, anche il modo di produzione cambia molto le proprietà meccaniche: la "pasta" è la stessa, ma la "cottura" è differente:

-incrudimento
-bonifica
-ricottura
-rullatura
-trafilatura
-tempra
-normalizzazione
-rinvenimento
-cementazione
-ecc...

sono processi meccanici, chimici e termici di produzione della barra tonda che donano diverse proprietà al materiale: possono variare la disposizione del reticolo cristallino dei metalli, così come le dimensioni dei cristalli. Intuitivamente, più i "cristalli" sono grandi e più l'acciaio è fragile, più il reticolo è fine e più l'acciaio sarà resistente. Esempio, le katane giapponesi sono rinomate perché con le infinite martellature della loro produzione, l'acciaio usato acquisisce un reticolo così fine dei cristalli che diventa molto resistente ed il filo di taglio molto duraturo (immaginate sul filo di lama, di togliere per usura cristalli di acciaio di una dimensione o cristalli 100 volte più piccoli... il profilo risultante è molto diverso).

La stessa cosa è per i bilancieri: la base è sempre "acciaio" (Ferro+Carbonio) a cui si aggiungono svariati elementi per donargli la giusta elasticità, ma non eccessiva per non cadere nella deformazione plastica prematura, e la rigidità necessaria a rimanere abbastanza dritto ma non spezzarsi sotto sforzo.

Le grandissime aziende (Eleiko, Ivanko) quasi sicuramente utilizzano fusioni di acciai fatti ad hoc (e che giustamente si guardano bene dal rivelare) mentre per quanto mi riguarda, dato che muovo LEGGERMENTE meno business utilizziamo metalli commercialmente disponibili.

Posso dire che gli acciai da bonifica sono un buon compromesso, tuttavia sotto carico eccessivo subiscono una deformazione plastica relativa per poi cadere nello snervamento e spezzarsi relativamente in fretta.

Per migliorare questo problema commercialmente si trovano acciai additivati al nichel, cromo e molibdeno e trattati termicamente, i quali migliorano enormemente la resa rendendoli contemporaneamente meno flessibili e più resistenti alle deformazioni plastiche.



Poi c'è un altro problema: i calcoli su un bilanciere sono un casino

Non ho seguito molto i vostri calcoli (non ci riesco...) ma riprodurre un modello è davvero ostico. Questi sono i problemi.

-Hai una barra da 2200mm di tondo Ø28 di un materiale X
-per 450mm per lato il carico è ininfluente (il manicotto impedisce la flessione del bilanciere in quei punti)
-rimangono 1300mm di "parte utile"
-il fulcro è.....

e qui casca l'asino: dove lo applichi il fulcro? Queste le opzioni:

Squat: appoggio centrale ~450mm, più due altri punti (le mani) che possono essere piazzate nei punti più disparati)
Panca: appoggio su due aree da ~ 100mm a circa 810mm di distanza tra loro
Stacco: appoggio su due aree da ~100mm a meno di 810mm

I vettori applicati come si muovono? Perché ci sono parecchie accelerazioni di cui tener conto.

Squat: con tutte le variabili di cui sopra, c'è chi scende lento e risale lento, c'è chi si lancia in buca e rimbalza (ed in inversione le forze in gioco diventano abnormi) e chi scende lento e poi spara su... e l'energia cinetica cambia enormemente nei 3 casi
Panca: la velocità forse potrebbe essere considerata costante, viste le basse velocità
Stacco: c'è una salita lenta, ma poi c'è una caduta rapida in cui le forze vengono applicate sui due estremi (i dischi che cadono) e la barra centrale subisce una "frustata"


Ora, considerate i punti di applicazione, velocità di spostamento, i tipi di acciaio ed i tipi di trattamenti che ha subìto... aggiungeteci che certe zigrinature possono creare punti di rottura nella struttura superficiale e che la cromatura su alcuni tipi di acciaio crea bolle superficiali di idrogeno che possono portare a rotture.... e capite che calcolare tramite modello la portata di un bilanciere è un vero macello. E non ho nemmeno considerato la differenza tra caricare dischi pesanti (che creano un pacco pesi relativamente compatto) oppure tanti dischi più piccoli (che distribuiscono il peso maggiormente verso le estremità).

Fosse un calcolo statico, sarebbe una pacchia. Il problema è che bilancieri collaudati per tenuta statica su cavalletti a 680Kg (li carichi, lo lasci lì e regge) appena lo muovi questo si disintegra.


Quindi l'unico modo pratico che ho trovato, senza disintegrarmi di calcoli, è fare prototipi con vari materiali, caricarli all'inverosimile e vedere cosa succede sballottandoli. E' un metodo un pò alla MythBusters, ma almeno ha una sua piccola affidabilità

[eraser]

È mio amico...

[.:überfranz:.]

Perché anche l'Italia è bella. È la gente che la rovina...

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[pironman]

Ma se effettivamente la deformazione fosse sempre costante, e variasse solo il fattore di smorzamento del materiale? Dopotutto, questo può variare al variare dello stato cristallino e dei trattamenti subiti, fino a raggiungere un valore bassissimo nei metalli amorfi, che hanno quindi un elasticità e un rimbalzo eccezionali (guardate su youtube metallic Glass), tanto da essere usati nella realizzazione delle mazze da golf. La deformazione è sempre quella, ma il ritorno elastico viene restituito quasi tutto dando molta più energia al colpo, contrariamente ad altri acciai che hanno sempre perdite interne e parte dell'energia viene trasformata in calore

[pironman]

http://m.youtube.com/watch?v=Yg0hUqdzXGw

[puresteel]

Va beh... qua arriviamo alle teorie affascinanti del monocristallo (l'acciaio usato per le palette dei reattori.. che lavorano al bianco). no, no... non credo siamo sulla strada giusta. Piro tu dici che la deformazione è sempre quella ma non è così. Appena rientro in palestra ti mando la foto di 3 bilancieri diversi caricati. Parlo della deformata in campo elastico in cui le variabili sono solo 3 sigma epsilon ed E...

[Yashiro]

Ripeto, non me ne intendo molto a livello scientifico ma vi assicuro che:
-carichi il bilanciere con un peso, e flette in un modo
-cambi materiale, flette in modo diverso
-entrambi hanno risposte differenti quando subiscono accelerazioni

Ad esempio gli acciai di bassa qualità sono molto meno elastici, ma giunti al loro (basso) punto di snervamento non flettono, si piegano plasticamente e non danno ritorno elastico.

P.s. Uber! A volte ritornano eh?

[.:überfranz:.]

P.s. Uber! A volte ritornano eh?

speriamo che rimanghino anche però

[Tonymusante]

quale onore, il ritorno di Gabriele su questa board!

[pironman]

Va beh... qua arriviamo alle teorie affascinanti del monocristallo (l'acciaio usato per le palette dei reattori.. che lavorano al bianco). no, no... non credo siamo sulla strada giusta. Piro tu dici che la deformazione è sempre quella ma non è così. Appena rientro in palestra ti mando la foto di 3 bilancieri diversi caricati. Parlo della deformata in campo elastico in cui le variabili sono solo 3 sigma epsilon ed E...

no beh il monocristallo è un altra cosa, viene usato appunto per lavorare ad alte temperature, a temperatura ambiente si comporta in modo anche peggiore rispetto ad un acciaio con grana molto fine. in questo caso parlavo di strutture amorfe, ovvero metalli "congelati" allo stato liquido, senza struttura cristallina, che presentano proprietà meccaniche eccezionali. chiaro che un bilanciere non verrà mai realizzato così, ma era solo per passare da un estremo all'altro e dire che comunque a parità di deformazione, la risposta elastica può cambiare molto, anche tenendo lo stesso materiale ma con diverse strutture e quindi trattamenti termici.

però, se mi confermi che è proprio la deformazione a cambiare allora non so.


rettifico, ho provato a fare un calcolo della deformazione, per semplicità con la formula della trave a sbalzo (F*l^3/(3*E*I)), dovrei considerare anche la componente, non trascurabile, di rotazione sul fulcro, però non la considero per fare i calcoli velocemente.
in teoria, infatti, un acciaio ha un modulo elastico di 200000 MPa, nella realtà può variare da 170 a 215000 (perlomeno, con gli acciai che ho visto io, provati in laboratorio), se prendo un tondo da 28 mm a sbalzo di 40 cm caricato ad una estremità con 2000 N, ho un abbassamento di 8.3 mm per l'acciaio con il modulo elastico inferiore, 6.6 mm per quello con modulo superiore, può sembrare poco ma è una variazione del 25%, quindi è apprezzabile direi! naturalmente, questa non è la flessione a cui è sottoposto realmente il bilanciere, va aggiunta la componente di rotazione rispetto al fulcro e le forza dinamiche, però era per avere un idea di quanto variasse la deformazione al variare del modulo elastico

[pironman]

a parte che ho appena verificato nel sito della eleiko, e i bilancieri da weightlifting hanno un impugnatura da 28 mm mentre quelli da powerlifting da 29 mm, quindi gia li qualcosa cambia

[puresteel]

Ci risentiamo tra qualche giorno con le foto....ti faccio notare anche che il 28 diventa 28,7-28,8 se misurato sulle zigrinature dove il materiale rialza (la cuspide delle piramidi per intenderci), quello che si dichiara a catalogo va preso tra virgolette... Come faccio ad allegare un file. Ho trovato l'iconcina per farlo ma mi si pianta tutto per 20 minuti...