Vibrazioni nei flettenti dell'arco: studio Heo 2023

Uno studio di scienza dei materiali dell'università nazionale di Pusan, nato da un problema di officina: i flettenti da competizione si delaminano, e il pezzo in bachelite che li unisce all'impugnatura perde durabilità con il tempo. Attenzione al vocabolario, perché l'articolo chiama «stabilizzatore» quel pezzo, cioè la parte piatta alla base del flettente che si attacca al riser, e non le barre davanti all'arco.

La prima parte confronta tre prepreg di carbonio di tre fornitori coreani per il corpo del flettente, misurandone trazione, flessione e compressione secondo norme ASTM. Il campione indicato come migliore, con la frazione volumetrica di fibra più alta e il contenuto di resina più basso, risulta il migliore in tutte le prove tranne la resistenza a trazione.

La seconda parte sostituisce la bachelite con un laminato di fibra di vetro co-curato in autoclave insieme al carbonio, e misura le vibrazioni di un flettente da 68,42 libbre durante il tiro, su tre assi, con quattro ripetizioni. Con la bachelite l'accelerazione media è di 500, 2000 e 1200 metri al secondo quadrato sugli assi X, Y e Z. Con il laminato di vetro da 1,5 millimetri scende a 280, 1500 e 800; con quello da 1 millimetro, più leggero, risale appena a 290, 1600 e 950, cioè una riduzione del 42% sull'asse X, del 20% sull'asse Y e del 21% sull'asse Z rispetto alla bachelite. Sulla media dei due spessori gli autori dichiarano riduzioni del 45, del 25 e del 33%.

La simulazione modale in Catia dà, per i primi tre modi, 38,437, 126,87 e 156,82 hertz con la bachelite e 39,378, 135,53 e 162,71 con la fibra di vetro. Il laminato di vetro ha un'ampiezza propria maggiore sul primo modo, ma la curva di smorzamento è più regolare, con picchi e valli meno marcati.

I prepreg di carbonio unidirezionale provengono da tre fornitori coreani, con contenuto di resina del 38%, mentre la pelle esterna del flettente usa un tessuto 3k a trama piana con il 42% di resina. Il laminato di vetro è un tessuto 7628 nei due spessori di 1,0 e 1,5 millimetri.

La laminazione mette due fogli unidirezionali a 45 gradi all'esterno e, fra i due, il prepreg unidirezionale del fornitore a 90 gradi, per un totale di dodici fogli; dentro la pila finiscono anche due veli di acero, incollati con resina epossidica. Il tutto va in sacco a vuoto in autoclave per 120 minuti a circa 8 chilogrammi per centimetro quadrato di pressione pneumatica, poi la temperatura scende fino a circa 30 gradi in 40 minuti con acqua raffreddata. Il laminato di vetro e il carbonio vengono curati nello stesso ciclo, che è il punto tecnico del lavoro.

Le prove meccaniche usano una macchina universale Instron 5882: ASTM D638 per la trazione, a 5 millimetri al minuto sui provini a clessidra, ASTM D790 per la flessione su tre punti a 2 millimetri al minuto, ASTM D695 per la compressione a 1,3 millimetri al minuto, con cinque provini per gruppo. Le sezioni dei prepreg sono state osservate al microscopio elettronico.

La forma del flettente viene da una scansione tridimensionale di un flettente Win&Win, da cui sono stati ricavati gli stampi in CAD. La simulazione strutturale, in Catia, applica una forza all'estremità curva tirandola di 50 a 100 millimetri, con proprietà del carbonio dichiarate: modulo di Young 1,35 per 10 alla undicesima newton per metro quadrato, coefficiente di Poisson 0,46, densità 1600 chilogrammi per metro cubo, snervamento 1,3 per 10 alla nona.

Le vibrazioni sono state registrate a 25 gradi con un ricevitore TSVA-PRO, frecce Easton e un riser Win&Win, misurando sui tre assi le vibrazioni prodotte dal tiro di una freccia, con quattro ripetizioni per configurazione. L'articolo non dice chi o che cosa abbia teso e rilasciato l'arco.

Non c'è nessun arciere nei risultati, nessun punteggio, nessun gruppo sul bersaglio, e l'articolo non dichiara chi tirasse né se tirasse una persona o una macchina. Le ripetizioni sono quattro per configurazione, su un solo flettente, senza deviazioni standard e senza alcun test statistico: le riduzioni del 42, del 20 e del 21% sono differenze fra medie di quattro misure.

Molti numeri restano nei grafici. I valori di trazione, flessione e compressione dei tre prepreg si leggono solo nelle figure, quindi questa scheda non li riporta. Peggio: l'identificazione dei fornitori non è coerente, perché la tabella dei materiali e la didascalia della figura assegnano le sigle a due aziende diverse, e non è quindi possibile dire quale prepreg abbia reso meglio.

Alcune cifre non si leggono come stampate. La pressione d'autoclave è indicata come «950 MPa» di vuoto, che non è un valore possibile. Nel testo sulla simulazione le percentuali di ampiezza non coincidono con le tabelle: un passaggio parla del 28,36 e del 24,26%, il paragrafo successivo del 6,58 e del 73,57% per la stessa direzione. Anche la definizione degli assi balla, con la direzione X descritta come verticale in un punto e come alto-basso in un altro. Le accelerazioni di 2000 metri al secondo quadrato sono riportate senza dire come il segnale sia stato filtrato o integrato.

Infine la motivazione dichiarata, la durabilità e la delaminazione nel tempo, non viene messa alla prova: non ci sono cicli di fatica né invecchiamento, solo prove statiche su provini e quattro tiri per configurazione. Gli autori chiudono riconoscendo che la qualità di un prodotto non si giudica dal solo materiale.

Prima di tutto, una precisazione di lessico, perché da sola evita di leggere questo studio per quello che non è. Lo «stabilizzatore» di cui parla l'articolo non è la barra lunga davanti all'arco: è il tratto alla base del flettente che si incastra nel riser. Lo studio non dice nulla sulle barre, sui contrappesi o sul loro effetto in mira.

Quello che dice è che cambiando il materiale di quel tratto, da bachelite a un laminato di vetro co-curato con il carbonio, le accelerazioni misurate sull'arco durante il tiro scendono su tutti e tre gli assi, soprattutto su quello che gli autori chiamano X. La versione sottile da 1 millimetro vibra appena più di quella da 1,5 ma alleggerisce il flettente, e resta ben sotto la bachelite.

Da qui non segue niente sul punteggio. Nessuno ha tirato per punti, nessuno ha misurato un gruppo, e la domanda se un arco che vibra meno faccia centrare meglio resta aperta in questo lavoro come nel resto della letteratura sull'attrezzatura. Non segue nemmeno niente sulla sensazione in mano: la «vibrazione» qui è un'accelerazione letta da un sensore sull'arco, non un giudizio di un arciere.

Per chi compra flettenti l'informazione utile è di processo, non di prestazione: si possono curare in un colpo solo, in autoclave, il carbonio del corpo e il vetro della base, e il pezzo che ne esce ha smorzato meglio del riferimento in bachelite nelle prove degli autori. È un dato di officina, con quattro misure dietro.