据我所知，在自行车轮组受力分析的文献中，并没有详细分析轮辋截面的几何变形。在美国西北大学福特博士的网站和他2018年的论文中，他对车轮、轮辋、辐条等的刚性变形进行了非常详细的讨论，但这些讨论都是基于这样的假设：轮辋部分是刚体。论文120页也明确指出，没有对轮辋截面的受力进行详细分析。而在他的网站上，也有一种说法，他认为轮辋（包括断面）的轴向刚度很高，所以不用担心

()，这可能是因为他的实验研究涉及的轮子多为铝合金轮子，但这显然有失偏颇，与实际主流应用不符。

限于篇幅，这是众所周知的资料，我就不再搜索链接引用了，直接下结论：著名车轮制造商ZIPP发明U型圈，就是为了解决鲁贝的轮辋破损问题. 不同的轮辋横截面几何形状有不同的形式。遗憾的是，我们无法看到ZIPP在这方面的更多研究，当然，研究成果也可能无法分享。

对轮辋截面几何形状的应力变形研究，离不开科研机构的协助，无法数字化，但我们可以根据实际车轮织造的规律、经验和实际验证结果，结合一些原则。一味追求数据，如果数据不能与正确的逻辑相结合，就会得出错误的结论。

不同车型、材质、品牌、工厂的轮辋截面不同。我们不会一一举例。我们讨论了公路车碳刀轮辋的辐条张紧轮，以及轮辋截面在车轮摆动和车轮滚动过程中的受力变化。以及对轮辐张力和整体车轮性能的影响。以下是几种碳环的切片，包括目前主流的碳环断面类型，我们从这里开始分析。

例如，不管是什么类型的环截面几何形状，这种双层结构的碳纤维环都有一个显着的特点，就是侧壁比较薄，辐条孔和轮胎沟槽区域比较厚，以及轮辋受力示意图，大致如下：

1.对于没有胎压和负载的车轮，碳圈部分发生几何变形

当车轮没有胎压和外力时，包括车轮摆动的过程，辐条张力作用在轮圈的辐条孔上，轮圈整体会向内收缩。

但是，轮辋的断面本身被认为由于部位不同，厚度和变形率也不同，因此轮辋的断面也会因受拉而发生扭曲变形，而这种变形会首先发生在最薄弱的侧壁上碳圈部分。部分，侧壁略微向内变形，环侧壁略微向内收缩，变形趋势向V型环。圆形 ERD 值变小。

轮辋截面的变形与轮辋材料、车架高度、圈形、圈壁厚度、辐条预紧力有关。在相同的前提下，越靠近三角形的结构越稳定，所以V型圈的刚度最好，U型圈的截面刚度最低。

这条规则对轮组的性能设计有什么影响？这个问题先不展开讨论，但这个结论恰好与ZIPP设计U型圈的目的和实际应用效果不谋而合。

2. 胎压影响下碳环截面的几何变形

在这种情况下，我们首先要知道有内胎轮胎的胎压对车轮的压力是很小的，一般可以忽略不计，所以本题只针对开口胎和无内胎类的车轮，我们将使用开口胎的胎压下面的影响是参考标准。为了更容易理解胎压对轮圈截面几何形状的影响，本节我们分析的是无纺布碳环加上胎压，轮圈整体承受压缩力，轮圈向内收缩，直径变小，ERD也变小。由于环壁厚度不同，横截面几何形状也会发生轻微变形。环体最薄弱的侧壁会变形，

在这种情况下，虽然原则上轮辋的ERD也会收缩，但变形量基本都发生在侧壁，ERD值的减少量几乎可以忽略不计。

3. 胎压和辐条张力共同作用下碳圈截面的几何变形

对于任何讨论，必须澄清一些先决条件。胎压和辐条张力的联合作用，哪个对碳圈截面的几何变形影响更大？一定要符合我们实际使用中的情况，否则就没有任何讨论的意义。

其实前提很简单，因为轮胎装到我们的轮子上之后，轮子的状态还是靠辐条（spoke ）的张力维持的，所以碳环截面的几何变形主要是受辐条张力的影响。从另一个角度来看，按照撞击的先后顺序，自行车轮组准备工序要等到轮组完成后才会进行，并增加充气和胎压。

根据实际情况，公路轮组的辐条预紧度，竞技用的前轮约为。我们还将轮胎压力作为参考。根据经验，轮胎气压升高后，辐条张力会降低10kgf左右。当然，不同的圈数，胎压降低的程度是不同的。

因此，在这样的参考下，碳环截面的变形与仅受拉力相同，但变形受胎压影响。影响的大小取决于碳环截面几何形状的刚度。对于深V、圆V等截面的碳纤维环，环截面的几何变形越小，胎压对辐条张力的影响就越大。

4.骑行过程中碳圈横截面几何形状的变形

讨论这种情况，需要先了解车轮在负载和骑行过程中的受力变化，因为此时轮辋的受力是一个不断变化的过程，不再是单一的受力情况，更不用说车轮在滚动中，在不同的路况下也有来自地面的冲击。

在平坦的路面上骑行时，车轮的整体受力变化也比较有规律。从某一时刻的静止状态分析，车轮下部与地面接触，辐条张力减小，轮辋局部变形向内收缩。车轮其余部分的辐条张力略有增加，相应部位的轮辋变形小到可以忽略不计。因此，碳环部分的几何变化，我们只讨论车轮下部，对应辐条张力减小的部分。但是，路面颠簸等冲击对碳环截面的几何变化影响相同，只是变化的幅度会更大。

那么这种情况下碳环截面变形情况如何呢？由于车轮下部的辐条张力有所降低，但适当设置的车轮不会使辐条失去所有张力，因此辐条张力对轮辋截面几何形状仍有一定影响，但会趋向于在没有外力作用的情况下，轮辋原有截面几何形状发生变形，即碳圈截面的变形程度减小。

5、碳环截面几何变化对轮毂的影响

分析轮辋截面几何变化的根本目的是研究这些应力和变形对车轮的影响。通过上面静态示意图的分析，我们可以知道轮组碳环截面的几何变化和静止时的变形就是第三点的情况。在骑行中，就是一个变形范围反复变化的过程。

因此，我们需要分析碳环截面的变形，对车轮的影响是正面的还是负面的，并结合其他影响因素进行综合分析。根据车轮结构的特点，在车轮配件和编织方式相同的前提下，车轮的整体刚度主要取决于辐条的预紧力，可以说是辐条张力较高的基础取决于轮辋的强度和刚度（这里不包括截面几何刚度），这里我们只考虑刚度的问题。

我们通常所说的轮辋刚度包括径向刚度、轴向刚度和扭转刚度。事实上，假设轮辋部分的几何形状保持不变。然而，这三个方面实际上都受到轮辋部分几何形状的影响。在几何稳定性方面，越是三角形的轮圈部分越是刚性。

在我们的实际应用中，轮辋的轴向刚度和扭转刚度与轮对性能的关系并不直接。如果断面几何形状刚度较弱，则在编织过程中车轮局部轴向变形可能较大。也就是说，轮辋的一侧在辐条的拉力作用下会变形为波浪状。这样的轮子甚至不能满足编织的高精度要求。所以这是一个合格碳环的基本要求。所以我们关注径向刚度和截面几何形状之间的影响。即在辐条张力和胎压的共同作用下，以及在加载、骑行和地面冲击过程中轮辋周长的减小和横截面几何形状的变形。

至此，我们可以将话题范围缩小到车轮的整体刚度，分析碳刀轮圈径向刚度与横截面几何形状相互作用的局部变形。所以这里再次提到ZIPP的U型结构碳刀圈，因为辐条孔已经具有很高的辐条张力作用，加上碳纤维复合材料的特性，较厚的辐条孔无法承受较大的局部变形，易碎裂纹，而且具有一定弧度的较薄的侧壁可以产生一定的变形量，因此在复杂路况下反复撞击时，侧壁承担更多的碳环局部变形，从而提高碳环。整体韧性、强度。

那么问题来了，碳环的径向刚度与断面几何刚度的比值是多少才是最合理的呢？出于空气动力学和碳环韧性的考虑，碳刀环的截面几何形状宜采用U型或圆V型几何结构，具有较强的径向刚度和截面几何刚度。圈体的材质有更好的同时，还要保证基本的韧性，但是这样的确定性在没有数据支持的情况下比较空洞，无法与实际应用相结合。

我们倒过来看问题，分为三点：

(a) 负重轮组的性能首先是刚度。为确保结构刚度，需要较高的辐条预紧力。因此，碳刀轮圈的物理性能首先要保证较高的整体刚度，才能满足车轮高张力的要求。

(b)出于空气动力学的考虑，碳刀环的横截面几何形状应为U形或圆V形，以承受冲击截面的冲击强度。

(c) 碳刀环截面侧壁，即碳环最薄处，其厚度和刚度应适中。环太薄、刚度太低、截面几何变形大，很难满足（a）点的要求；如果侧壁刚度过高，即使是（b）点中使用的U形圈或圆V形圈，仍然会使辐条孔部分发生过多变形，不耐冲击，侧壁本身易碎，经不起反复变形。

(c)点提到的情况是国内碳环行业的通病。很多厂为了刚度/重量比，一味把碳环做的又轻又硬（很多都没有合理减少树脂的用量，本质是不使用特殊材料），碳环的侧壁又薄又硬坚硬、易碎且不耐冲击。这种综合强度不高的碳圈，表明碳圈断裂时，局部破碎范围比较大，甚至轮圈多处断链，整个轮组结构崩塌。虽然这是一个出现概率很小的问题，但是如果能够避免，那么安全问题就不能用概率来讨论了。

合格的碳圈，即使因为质量问题出现局部断裂，这部分也比较小，整个轮组结构不会塌陷，轮组仍处于滚动状态，给你减速的机会并安全停止骑行。

另一方面，碳圈截面几何形状的微变形，会缓冲一点路面的颠簸和震动，提高一点舒适性稳定应力比，同时也提升了轮组的性能。

六，结论

在这篇文章中，我从碳环断面的几何变形入手，讲了碳环的强度和安全性。其实我在之前的短视频中也提到过市面上超轻碳圈的实力。希望碳刀轮组行业朝着正确的方向发展。

我觉得只要有一定的基础知识稳定应力比，逻辑清晰，这个问题是可以准确定性分析的。我不需要机试的数据作为论据，也不需要高深的技术和轮子知识，可惜行业还是走在了错误的轨道上，所以我只能保证我会坚持下去以技术为底线和发展方向。，也会看懂这篇文章。