我妻子的自行车上管上贴有一个“Super High Modulus”的贴花,我觉得这是指使用的材料是碳纤维。我的Cervélo R5在所有资料中对使用的材料都没有任何说明。我妻子的自行车比我的更好吗?

 

我们经常被问到我们的车架是什么模量的,这个问题的答案既简单又复杂。

简单的答案是:我们生产的每一款车架都会使用多种纤维。但要通过一张车架贴花或一个花哨的营销名称来概括显然太复杂了。尽管“高模量”这个术语已成为“轻盈而坚固”概念的象征,但它不能描述强度和舒适度等其他重要特性。首先必须明白的一点是,所有自行车厂商使用的碳纤维与其他任何行业使用的碳纤维都是一样的。因为仅仅三架波音787梦幻客机上使用的碳纤维就比整个自行车行业一年的使用量还要多,所以,自行车行业没有谁能够使用特制的纤维。(不幸的是,在全球经济层级中,自行车生产并不优先于大型喷气式飞机的生产。)尽管如此,一款碳纤维车架与另一款碳纤维车架之所以不同,很大程度上取决于自行车车架和前叉使用碳纤维的方式和位置,而与使用何种纤维的关系较小。使用碳纤维模量作为营销宣传工具的一个非常现实的问题是没有一致的模量尺度。一家公司口中的“Super High-Mod”很可能只是另一家公司的中端产品。

要想理解模量的神话,我们必须首先考虑指导材料选择的两个特性:强度和刚性。强度在这里定义为材料在断裂(失效)之前可以施加到材料上的力的大小。刚性常常被错误地理解为强度,是指材料在受力时变形的量。与刚性较小的材料相比,刚性更大的材料在相同外力的作用下变形更小。

模量(更具体地说是杨氏模量)是用于描述材料刚性的工程术语。当被要求解释模量(或刚性)的概念时,我们常常使用一些基本的家居物品来举例:橡皮筋和一段干意大利面。用上述术语来表述,橡皮筋的强度非常大,因为它很容易弯曲变形而不会屈服(永久变形),并且在外力释放后可恢复其原始形状。橡皮筋很难断裂,但却非常容易弯曲,只需很小的力即可使其变形。未煮过的意大利面条则相反。它的刚性很大,因为它会抵抗变形,直到最终发生断裂,这表明其强度不是很高。我们可以将橡皮筋视为低模量碳纤维,将意大利面条视为高模量碳纤维。吹嘘自己使用高模量纤维只能说明自行车的刚性超大。但是,还记得意大利面条的例子吗?高模量碳纤维的刚性可能很大,但强度却不是很高,因此就像面条,相较于低模量纤维,只需要更小的力即可使其断裂。简单地说:较高模量(刚性更大)的纤维强度也较低,而较低模量的纤维通常具有更高的强度(更不易断裂)。另外必须指出的是,较高模量的纤维比较低模量的纤维成本高得多,有时会超过10倍。

自行车厂商只有更加注重工程设计细节,才能打造出更好的自行车。选择正确纤维模量的过程不是由市场推动的,而是详细的有限元分析和叠层分析的结果,这可以帮助工程师理解荷载工况并优化性能。只有在我们了解真实世界骑行与测试以及设计之间的区别之后,才能在正确的位置使用正确的纤维,生产出更高性能的车架。不需要花哨的营销口号。