作者简介
严兵 江苏澳盛复合材料科技有限公司 市场总监,教授级高工
长期专注于高分子材料及复合材料的研发、生产等技术工作,曾获江苏省创新争先奖状和科学技术奖、中纺联科技进步奖等及碳纤维行业十大知名人物称号。现任教育部工程教育认证专家,中国塑协专家委员会成员,江苏复合材料学会理事,中国复合材料学会会员等。
东京奥运会目前已经进入了尾声,期间我们见证了运动员们的努力、辉煌、泪水...
那些精彩的瞬间和优秀的成绩,有天才的选手,也有学霸型的选手...
即使中国队,也有苏炳添那样跑的最快的教授,也有像施廷懋那样跳的漂亮的女博士....
今天我们谈一谈东京奥运会的自行车赛,也涌现本届奥运会的大黑马:研究非线性偏微分方程的洛桑联邦理工学院做数学博士后研究员,会说5国语言的安娜·基森霍夫 (Anna Kiesenhofer)。
运动员取得了良好成绩,上个名校,甚至取得博士学位,不稀奇了。但反过来就不容易了,更何况是学数学的博士!更何况,人家取得了奥运会金牌,还是奥地利历史上第一次,而且是没经费没教练的哪一种....
我们看她的夺冠时刻:
领先太多,足足领先了75秒,导致第二个到达终点的荷兰名将范弗勒滕庆祝了一番后才知道自己得了银牌!
哎,没办法,这次上帝也喜欢上这位可以为自己比赛进行数学建模的美女博士了吧....
所以全奥地利为她欢呼.....
想起来小时候父母老师说的话:学好数理化,走遍天下都不怕!也想起来大学里参加的数学建模竞赛,可惜那时不太认真,比赛成绩一般.....
俱往矣,让我们回过头来看看....美女?不,美女骑得自行车:
看到了吗?我们美女博士骑得自行车就是Scott公司的碳纤维自行车,Scott是最早开始使用碳纤维作为车架材料的几个自行车品牌之一,但还不是碳纤维自行车行业最知名的品牌。像崔克/Trek、洛克/Look、闪电/Specialized、辐轮王FRW单车、Marmot土拨鼠、TYRELL泰勒、Nicolai尼古拉 、Casati凯莎迪、Colnago梅花、Pinarello皮纳瑞罗、SantaCruz圣克鲁兹等,这些全球大牌自行车价格都十分昂贵,最贵的都要几十万呢。而且像环法自行车等顶级赛事也经常看到这些品牌。
自行车自问世以来,其制造材料从最初的木质材料,到普通碳素钢、铬相钢和铬锰钢,到钛合金、铝合金、镁合金、钪合金等轻合金材料,还有新型的碳纤维、玻璃纤维复合材料等非金属材料。当今,自行车已经从最初代步的交通工具,拓展为健身、竞赛器材以及休闲娱乐用品。特别是碳纤维在自行车制造中广泛的应用,给自行车产业带来全新的革命。
国外碳纤维自行车研发的最早记载是在1974年,美国Apex Proto公司制造了碳纤维复合材料薄壁管粘合不锈钢接头自行车车架。两年之后,Exxon公司制造了石墨纤维和铝的复合材料Graftek G-1型车架。但当时因为商业上和技术上的问题没能得以推广应用。
1980年代初期,随着碳纤维价格的降低以及生产工艺的不断改进,碳纤维自行车始得以推广应用。1980年,法国TVT公司第一次真正将碳纤维复合材料车架商品化。1984年,在洛杉矶奥运会上,率先使用碳纤维自行车的美国自行车队一举夺魁,获得5 块金牌,这大大推动了碳纤维自行车研发与应用进程。1986年,法国Look公司利用TVT公司生产的碳纤维管体制造出具有实用意义的碳纤维自行车架,并于1988年制造出世界首批量产的碳纤维车架KG86。1989年的环法自行车比赛,美国选手格雷格˙勒蒙德(Greg Lemond)领先法国选手劳伦特˙菲农(Laurent Fignon)获得冠军,Greg Lemond在赛程的绝大部分路段中他都选用了TVT工厂生产的碳纤维复合材料车架的自行车。
目前在各大赛事中比赛用的自行车基本上都是碳纤维自行车。
那么碳纤维自行车有那些优点呢?
首先,轻便,操控性好。碳纤维的轻量化特点我们大家都知道了:
其次,安全性好,从上表我们可以看到碳纤维复合材料的强度比金属高的多,可以承受极大的力学冲击;与金属材料相比,其具有很好的断裂韧性和良好的抗疲劳性,而且即使断裂也是从基质开始,具有可视性。这些都大大提高了自行车骑乘的安全性。
耐疲劳性好是碳纤维及复合材料的一大特点,小的时候我们会听到一个笑话,说一个人骑得自行车,除了铃铛不响其他什么都响!这就是金属的自行车经过长时间的使用后,发生了疲劳变形。而碳纤维自行车就不容易发生这种问题。
从前面的表中我们可以看出,碳纤维弹性模量接近铝合金弹性模量的3倍,受力之后的弹性形变小,自振频率高,不易出现共振,良好的共振阻尼,提高了自行车的减震能力。碳纤维复合材料构件不易变形,且刚性高,力的传导性好,使得碳纤维车架踩起来更“硬”,使车手骑行更好“发力”、更省劲,有路感。也就是骑行舒适性更好!
最后我们要问,国内碳纤维自行车如何?
其实全世界碳纤维自行车百分之八九十都是中国台湾和大陆制造的!即使是那些顶级知名品牌大多是我们代工的,但是以前只是OEM代工赚些幸苦钱!而且我们国家队用的自行车也大多使用国外的。
例如这次奥运会夺冠的钟天使、鲍姗菊,她们用的自行车就是LOOK的。
现在随着我们技术水平的提高,国产碳纤维自行车也逐渐进入国家队了:
成为奥运会器材赞助商半年之后,喜德盛在2021年全国山地锦标赛的现场,向国家队交付了一台全新打造的奥运战车。
在2020东京奥运会的公路车比赛中,中国运动员王瑞东、孙佳君使用了一款五星红旗配色的运动自行车,这款运动自行车是来自山东省的企业——泰山瑞豹复合材料有限公司生产的PARDUS瑞豹公路车,这是继2016年里约奥运会之后,泰山瑞豹制造的运动自行车再次登上奥运会的舞台!
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