Calcul force d'impact d'une roue de vélo

[EBS31]

Bonjour,

Dans le cadre d'un projet personnel, je cherche à calculer la force de choc au moment de l'impact d'une roue de monocycle lors d'un drop de 1m80 pour un poids total de 90kg afin de dimensionner une nouvelle jante en aluminium. Cette jante est hubless, donc y a aucun rayon qui vient aider au maintient de la jante.

Une vidéo pour appuyer mes propos :
https://www.instagram.com/p/Cbt9YABjBs8/

Au niveau des données, j'ai récupéré par un logiciel de tracking ma vitesse avant impact qui est de 6.47 m/s environ.
Le pneu est gonflé à environ 2 bars.
Le sol est considéré comme rigide pour prendre en compte les cas d'impact les plus contraignant sur la roue.
Au moment de l'impact, le pneu s'écrase complètement jusqu'à ce que la jante tape le sol, mes jambes se mettent en flexion pour absorber le choc. La hauteur du pneu fait environ 65mm et mon corps descend d'environ 200-250mm lors de la flexion des jambes.

A partir de là, je ne sais pas trop comment calculer le poids équivalent que j'ai sur l'impact.
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[Patzewiz]

Pour répondre à la question il faudrait pouvoir évaluer la durée du choc: temps pour passer de la vitesse juste avant choc à une vitesse nulle. En pratique ça nécessite de filmer le choc avec une camera ultrarapide (plusieurs centaines d'images par seconde), ce qui n'est pas un matériel vraiment courant. Après on peut évaluer la force en divisant la variation de quantité de mouvement par la durée du choc dans le cas d'un système indéformable. Pour compliquer les choses la flexion des jambes traduit le fait que le système est déformable.

[Black Jack 2]

Bonjour,

Les données ne semblent pas cohérentes avec le dessin.

Je présume que la grosse bobine en bois a un diamètre de 1,8 m ... mais le saut au sol se fait en 2 étapes, donc on doit considérer que le saut se fait à partir du pneu.

Si on prend comme référence le diamètre de la bobine à 1,8 m et qu'on mesure sur les images arrêtées de la vidéo :

Le centre d'inertie du sauteur (environ au nombril) sur le pneu est à environ 2,14 m du sol
Le centre d'inertie du sauteur lorsqu'il est au plus bas de son saut (donc fléchi au maximum) est à environ 0,77 m du sol
Le centre d'inertie du sauteur au moment où la roue arrive au sol est à environ 1,07 m du sol

La hauteur du saut est donc H = 2,14 - 0,77 = 1,37 m
Le ralentissement du centre d'inertie se passe sur un longueur = 1,07 - 0,77 = 0,3 m

Donc la décélération moyenne est de 1,37/0,3 * g 4,6*g = 44,8 m/s²

L'effort moyen en cours de ralentissement sur la jante est d'environ m * 44,8 = 90 * 44,8 = 4030 N (arrondi)

L'effort max sera plus grand, car il est peu probable que la force (musculaire) en cours de ralentissement soit constante.

Tout ceci ne donne évidemment que des ordres de grandeurs.

[EBS31]

Bonjour,

Merci pour tes calculs, pour préciser, la bobine fait dans les 2m50, c'est le pneu qui fait ma taille, soit environ 1m80 et c'est le saut à partir de celui-ci sur lequel je m'intéresse.
Après c'est que des chiffres et je peux retrouver le résultat.

Est-ce qu'il y a un moyen de mesurer la force d'amortissement du pneu? Lorsque je saute 1m par exemple le pneu ne s'écrase pas entièrement et donc la jante ne tape pas le sol, ce qui minimise les forces d'impact sur celle-ci.
Alors que sur des hauteurs plus élevées comme les 1m80, la jante tape le sol plus violement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Black Jack 2]

Bonjour,

Si c'est le pneu qui mesure 1,8 m, alors : (cela ne change quasi rien au calcul car la hauteur de saut et la longueur de l'amortissement mesurées sur les photos varient dans les mêmes proportions).

Le centre d'inertie du sauteur (environ au nombril) sur le pneu est à environ 2,97 m du sol
Le centre d'inertie du sauteur lorsqu'il est au plus bas de son saut (donc fléchi au maximum) est à environ 1,07 m du sol
Le centre d'inertie du sauteur au moment où la roue arrive au sol est à environ 1,49 m du sol

La hauteur du saut est donc H = 2,97 - 1,07 = 1,9 m (sur différence de hauteur du centre d'inertie du sauteur)
Le ralentissement du centre d'inertie se passe sur un longueur = 1,49 - 1,07 = 0,42 m

Donc la décélération moyenne est de 1,9/0,42 * g = 4,52*g = 44,4 m/s²

L'effort moyen en cours de ralentissement sur la jante est d'environ m * 44,4 = 90 * 44,4 = 4000 N (arrondi)

L'effort max sera plus grand, car il est peu probable que la force (musculaire) en cours de ralentissement soit constante.

Tout ceci ne donne évidemment que des ordres de grandeurs.

Pour la jante qui "tape", c'est probablement parce que la force appliquée par le sauteur en cours d'amortissement n'est pas suffisante et quand il arrive au max de sa flexion, la vitesse n'est pas nulle (ce quelle serait si la force appliquée était constante et de la bonne valeur) et tout le surplus d'énergie cinétique restante écrase plus fort le pneu jusqu'à écrasement max, mais si il reste encore de l'énergie cinétique à ce moment , cela fera taper la jante pour manger l'énergie restante par déformation de la jante et du sol.

Il serait intéressant de charger le vélo au sol (à l'arrêt) par une masse suffisante pour écraser le pneu juste au max, on pourrait alors faire des estimations un peu meilleures des forces en cours de saut (en connaissant la force qui écrase le pneu juste au max).