Carbonio nell’ arbalegno

Ho sempre visto questa situazione in maniera un pò controcorrente.

Mi son sempre chiesto il perchè delle striscioline di carbonio nel lamellare di certi arbalegni… 😐
Per dare rigidità ? Ma una striscia piana e sottile, anche magari d a1-2 mm di carbonio che rigidità  può avere? Nessuna, si flette, guarda caso come fa una pinna in carbonio… quindi il suo contributo ad un fusto che anche senza è già  totalmente rigido, è virtualmente nullo.

In pratica solo un vezzo estetico. 😕

Diverso sarebbe se si inserisse un listello molto spesso, almeno ben oltre i 5 mm. Questo avrebbe senso, ma cominceremmo aparlare di una lavorazione impegnativa e probabilmente di un certo costo…

Io sono di un parere differente, non me ne vogliano i miei due amici qui sopra 😀 .

Quale risultato teorico vogliamo ottenere armando la struttura? rigidità  alla flessione e stabilità  nel tempo.

Anzi tutto una precisazione, credo (dico credo perchè la mia esperienza temporale di Arba in legno è limitata) che si possano fare fusti rigidi nel tempo (un periodo ragionevole) sia col sandwich lamellare che col massello senza aver bisogno di armare la struttura, e credo anche che sotto carichi normali in fusti di medie dimensioni, il guadagno sulla flessione di un fusto armato con carbonio rispetto a un lamellare nudo sia poco apprezzabile.
Vedo sensato il suo utilizzo per i fusti molto sottili e per blindare nel tempo il manufatto (roba tipo Arba tramandato di padre in figlio 😆 ).
Reputo, personalmente, il lamellare superiore al massello in quanto le venature coese e continue del massello assecondano le eventuali flessioni in maniera “naturale”, il sandwich invece, soprattutto se si ha cura di disporre le venature secondo il classico schema //////, presenta direzioni delle fibre opposte, quindi, qualora un listello decida di muoversi gli altri non lo asseconderanno.

Il carbonio, come il legno, sono materiali anisotropi, che significa che le loro caratteristiche meccaniche variano a seconda della “direzione” nella quale li consideriamo.
Per fare un esempio, un listello di legno 10mmX10mm non avrà  le stesse caratteristiche meccaniche di resistenza al momento flettente, su tutti i suoi lati/angoli. Questo perchè il legno ha venature che seguono un verso preciso e solo in una determinata posizione il listello potrà  esprimere le sue migliori caratteristiche meccaniche.
Allo stesso modo, una pala in carbonio fletterà  in maniera differente a seconda della disposizione del verso delle fibre (non so se avete notato il passaggio dalla disposizione delle fibre nelle pale da parallele a incrociate).

Quindi, i materiali anisotropi generano la loro migliore resistenza solo in talune direzioni.
Oltre alla resistenza meccanica offerta dalle caratteristiche insite nel materiale, siamo in grado di esaltare la resistenza alla flessione in un determinato verso impiegando forme convenienti.
Per fare un esempio, un listello di legno 30mmX10mm (o una piattina in carbonio) sarà  più resistente alla flessione se posizionato sul lato corto. Al contrario, il lato lungo sarà  il verso debole.

In un sandwich lamellare la resistenza è dunque data sia dal posizionamento delle fibre che dalle proporzioni e dal posizionamento conveniente dei listelli.

Veniamo al carbonio, e al teorico miglioramento che dovrebbe apportare se considerato nella direzione del momento di flessione longitudinale al quale i fusti sono sottoposti.
Una piattina polimerizzata in carbonio da 0.3mm è un esempio concreto di quella che sarà  l’armatura in fibra una volta resinata e chiusa nel legno.
La piattina è davvero flessibile e non presenta ottime caratteristiche meccaniche nei lati che io chiamo sconvenienti, considerato il risultato che corremmo raggiungere.

Al contrario, se impiegata dal lato forte è in grado di sostenere 65kg senza batter ciglio.

Questo è il concetto di nervatura ed è determinato dalle proporzioni e dal posizionamento, e a mio avviso dimostra che un corretto impiego dei materiali porta ad esaltare talune caratteristiche meccaniche.

Il carbonio è 100 volte più resistente dell’acciaio, strati di fibra per complessivi 1mm abbondante a quante decine di mm di legno corrispondono?
Qui secondo me si apprezza l’armatura, ovvero nei fusti molto sottili le quali proporzioni/dimensioni non conferiscono sufficiente resistenza meccanica alla flessione.
Dove c’è una carenza meccanica il materiale composito entra in gioco, come per le armature del calcestruzzo (con qualcuno mi sembra di aver già  fatto un discorso simile 😀 ), materiale con ottima resistenza alla pressione ma scarsa alla trazione e alla flessione.

Per concludere, e scusate se mi sono dilungato, credo che nei sandwich di generoso diametro il carbonio non sia apprezzabile se si hanno fatto le cose per bene (sono stati fatti dei test, ma a mio avviso poco elaborati), mentre potrebbe essere comunque conveniente inserirlo per garantire una vita più lunga al manufatto (ma non ho riscontri, la mia è tutta teoria 🙄 ), o in fusti particolarmente esili.

Ci mancherebbe, siamo qui per confrontarci e imparare gli uni dagli altri 😉

Forse io semplifico troppo il discorso, ma lo vedrei come molto diverso dal calcestruzzo che di per se, nella sua forma classica, non ha fibre, ma solo ghiaia, sabbia e cemento come legante a dare resistenza. Quindi, come giustamente dici, ha (o dovrebbe avere se fatto bene…) un’enorme resistenza alla compressione, una scarsa flessibilità , una resistenza alla flessione bassissima.
A questo punto, l’armatura in ferro, gli dona questa resistenza alla flessione che di per se proprio non ha.
Col legno, a maggior ragione se lamellare, partiamo da un prodotto diametralmente opposto, fibroso, che è solo in piccola parte flessibile e che ha una grande resistenza alla flessione, prima di arrivare a rottura.

Il mio esempio del calcestruzzo non voleva essere descrittivo delle caratteristiche che si ottengono col sandwich legno carbonio, era un esempio di carenza meccanica compensata con la creazione del materiale composito.

Il foglio di carbonio che solitamente si inserisce nel lamellare, come giustamente hai fatto vedere, in lunghezza è enormemente più flessibile del lamellare stesso. In quel senso son convinto che non apporterà  nulla di più a quella che è la resistenza ad imbarcarsi del fusto, sotto trazione degli elastici.
Sollecitato dall’altra direzione, di taglio, sarà  si robustissimo, ma le forze agenti su un fusto saranno solitamente di compressione in lunghezza, col circolare, o di flessione in lunghezza, con la coppia. Non ci vedo una gran sollecitazione di compressione al traverso… 😐
Le fibre di carbonio, potrebbero si, irrobustire, non irrigidire, il manufatto in lunghezza, nel senso che lo aiuterebbero a non spaccarsi sotto flessione. Più o meno, immagino che il fusto potrebbe flettersi uguale ma avere un’anima che ne preserva la rottura.

Ho capito i nostri punti di vista differenti, consideriamo forze applicate in direzioni diverse.
Il fusto, secondo me, non si imbarca sull’asse X ma sull’ Y poichè le forze opposte (circolare o coppia si tratta sempre di un momento flettente) non sono in asse col fusto.
Il punto e l’entità  della deformazione dovrebbero dipendere dalle forme dei fusti, ma sempre sull’asse Y (almeno credo).
Ecco perchè trovo che l’armatura in carbonio aumenti la rigidità  dei fusti esili, tutto il mio ragionamento era atto a scongiurare una flessione di questo tipo.
Inoltre credo che la fibra, fasciando il legno, scongiura il rischio di plasticizzare il fusto.

Hai ragione a dire che teoricamente un affusto si puo piegare in tutte le direzioni, si potrebbe anche torcere se sottoposto alla giusta sollecitazione!
Durante la mia scarsa esperienza ho potuto constatare banane sull’asse Y e nessuna deviazione sulla X (parlo di fucili in alluminio, e degli studi sulla flessione dei fusti in legno di Dapiran).
Il carico delle gomme agisce sulla Y, anche se ci fosse uno squilibrio di trazione in X di quanto potrebbe essere la forza che agisce se comparata a quella che sforza la Y? 1 forse 2% credo.
Mentre la deformazione sulla Y è una cosa che avviene quasi certamente, anche se di poco, non abbiamo certezze riguardo ai movimenti “laterali”, che sono dettati da errori nella struttura.
Quindi non vedo molto pratico non inserire il carbonio perchè il fucile potrebbe muoversi anche sulla X, intanto blocchiamo ciò che sappiamo si flette certamente, poi pensiamo a come migliorare il resto (dal mio punto di vista).
Trovo che abbinare la “semplicità ” costruttiva alla perfezione tecnica sia l’apoteosi del legno 😀

La tua idea dell’armatura incorciata mi balena in testa da tempo, ma non ho trovato un modo per renderla equilibrata.
Io ho pensato a un sandwich classico legno/carbonio, con un listello attaccato di piatto per la sua lunghezza in pianta inferiore, unito anche lui da un nastro.

Credo di aver capito, correggimi se sbaglio: pensi che l’armatura conservi la sua rigidità  sulla Y solo se rimane parallela alla lunghezza del fusto.

Io credo che il fattore chiave che conferisce rigidità  in Y dipenda dalla perpendicolarità  dell’armatura rispetto al fusto. Finche l’armatura rimane perpendicolare all’asse X (anche piegata, come dovrebbe dimostrare l’immagine della piattina curvata a tondo e pressata col piede) dovrebbe conservare le sue propietà  in Y.

Ps: che studi fai? io gli esami di progettazione li odio 😆

Io studio ingegneria meccanica con indirizzo progettazione…
Luciano se non sbaglio quello che dici è di incrociare le fibre giusto? se si siamo d’accordo che la cosa possa giovare anzi lo dicevamo proprio sopra