Hysteresis, frottements internes dans les branches d'arc

[Corbeau]

Dick Baugh est un ingénieur américain qui s'intéresse à l'archerie et aux autres techniques primitives.

Sur son SITE INTERNET on trouve plein de choses intéressantes, notamment sur les techniques du feu.

Il a réalisé une étude sur le phénomène d'amortissement qui existe au sein des branches d'un arc en bois. Le document PDF est à télécharger ici :

Etude sur les frottements internes

Cet amortissement expliquerait une grande partie des pertes qui existent entre l'énergie potentielle stockée à l'armement et l'énergie cinétique communiquée à la flèche.

Le processus expérimental utilisé par Baugh est simple : il s'agir d'observer les oscillations d'une latte de bois qui est serrée d'un côté et libre de l'autre, et de mesurer l'amortissement du mouvement.

Je me demande cependant si c'est vraiment représentatif de ce qui se passe dans une branche d'arc, car dans l'arc la flexion et les contraintes sont beaucoup plus importantes que dans ces tests.

Ses expériences montrent que :

- L'amortissement ne dépend pas de la vitesse du mouvement (alors qu'on aurait pu s'y attendre si on a à l'esprit le modèle d'un amortisseur hydraulique par exemple).

- Les essences de bois ont des amortissements différents : osage à environ 9%, robinier et if à 8%, chêne rouge à 15% (pas bon !). On peut aussi s'attenbdre à des variations pour une même essence de bois.

- L'amortissement dépend du niveau de contrainte dans le bois, ce qui semble logique : le phénomène s'opposerait aux mouvements d'extension du dos et de compression du ventre, d'autant plus qu'ils sont plus importants.

A propos de ce dernier point : sur Paleoplanet, Tim Baker et Steve Gardner (2 des auteurs du TBB4) ont remarqué qu'un arc UN PEU surdimensionné était nettement plus performant qu'un arc hyper-allégé, car le niveau de contraintes de l'arc allégé génèrerait trop d'amortissement (et sans doute aussi du suivi de corde). C'est un compromis à trouver : si on fait trop large et trop lourd, l'inertie des branches baissera trop les perfos pour qu'un amortissement interne encore amoindri n'apporte un quelconque bénéfice.

Edited March 2, 2008 by Corbeau

[Corbeau]

Ce sujet vous parle, visiblement : que de réactions !

Donc ça n'étonne personne que 10 à 15% de l'énergie potentielle d'un arc (voire plus) soit consommée en amortissement interne qui se traduit par un imperceptible accroissement de la température des branches ?

C'est ce qui rend si difficile de dépasser les 170 pieds par seconde (fps) de vitesse de flèche, pour un arc droit de 50 lbs à 28" tirant une flèche de 500 grains. 180 fps constituerait une barrière quasi infranchissable, représentant un rendement de 78,5 %. Les autres pertes sont essentiellement dues aux vibrations et à l'étirement de la corde.

D'après Baugh, un arc en bois + fibre de verre aurait seulement 2 % d'amortissement interne, ce qui expliquerait en grande partie ses performances supérieures. Personnellement, je trouve que le bois s'en sort très bien avec ses "défauts"...

[pierre]

Je n'ai aps eu le temps de le lire encore en détail et je n'ai fait que le survoler. Mais franchement ça ne m'étonne pas plus que cela. Et ça m'interesse par rapport a ce que l'on peut lire souvent chez les Américains qui disent un peu trop facilement que tous les bois se valent et que l'on peut sortir des arc avec des performances identiques en frène, en peuplier ou en osage en adaptant le design.

Maintenant, je ne sais pas s'il en parle mais je pense que ça vaudrait le coup de savoir si l'hysteresis évolue avec le temps et l'utilisation des arcs. cela pourrait expliquer la perte de patate plus ou moins importante en fonction des essences.

[PhilPlessis]

voila peut-être la source de la réputation des branches bois-fibre en classique, dont on dit qu'elles "durcissent" en vieillissant

ça rejoint cette sensation qu'on a parfois avec certains arcs, de se dépenser grandement pour les ouvrir et de voir la flèche partir 'à pieds'.....

mais ça doit être plus compliqué encore que sur du bois simple

il faudra que je lise cet article en détail...

[Corbeau]

voila peut-être la source de la réputation des branches bois-fibre en classique, dont on dit qu'elles "durcissent" en vieillissant

Peut-être que certains stratifiés vieillissent et perdent de leur élasticité ?

....ça rejoint cette sensation qu'on a parfois avec certains arcs, de se dépenser grandement pour les ouvrir et de voir la flèche partir 'à pieds'.....

..........

Le problème peut être aussi géométrique, avec une montée en poids trop raide à l'armement : on en bave mais l'arc ne stocke guère d'énergie.

[Corbeau]

......ça m'interesse pas rapport a ce que l'on peut lire souvent chez les Américains qui disent un peu trop facilement que tous les bois se valent et que l'on peut sortir des arc avec des performances identiques en frène, en peuplier ou en osage.

Remarque qu'entre un "bon" bois comme l'osage et un "moyen" comme le chène rouge, il n'y a guère que 6 % de différence d'hysteresis. Cela peut certes faire une différence à design et équilibrage égaux, mais ce n'est pas gagné d'avance : un arc en 'red oak' hyper bien fait sera sans aucun doute plus performant qu'un arc en osage moyen. Bon, pour des bois légers genre peuplier, je ne chercherais pas à tout prix à comparer...

Maintenant, je ne sais pas s'il en parle mais je pense que ça vaudrait le coup de savoir si l'hysteresis évolue avec le temps et l'utilisation des arcs. cela pourrait expliquer la perte de patate plus ou moins importante en fonction des essences.

Oui, ça pourrait expliquer. Ou bien il y a peut-être un problème de fatigue comme on en rencontre avec les métaux (mais ça conduit à la rupture dans le cas des métaux).

On ne sait pas tout, il s'en faut. Exemple : Baugh émet l'hypothèse que la cuisson du ventre pourrait diminuer l'hysteresis, ce qui expliquerait en partie le gain de pêche constaté avec ce traitement.

[Corbeau]

.........cela pourrait expliquer la perte de patate plus ou moins importante en fonction des essences.

S'il y a augmentation du suivi de corde, il y a forcément diminution de la puissance :bhaoui..:

Les spécialistes du bois parlent parfois de fluage mécanosorptif , c'est à dire une déformation permanente d'une pièce fléchie.

[pierre]

hum... pas à ça que je pense. J'ai observé que sur tous mes arcs, je commence par prendre du suvi de corde. Puis ça se stabilise, c'est cool puis je tire beaucoup 10 ou 15 000 flèches et la, le suivi de corde ne bouge pas la puissance ne varie pas ou peu et pourtant la vitesse de sortie de flèche diminue.

[Corbeau]

Dans ces conditions, l'hysteresis semble une explication plausible.

[pierre]

Et ce phénomène arrive plus rapidement sur de bois de moins bonne qualité comme le frène ou l'orme. I est plus lenta venir sur du robinier de l'osage ou de l'if. PAr conte, je suis incapable de dire si cela se produit dans les même proportions quelques soient l'essnces.

[Corbeau]

Et ce phénomène arrive plus rapidement sur de bois de moins bonne qualité comme le frène ou l'orme............

Pedro avait un holmegaard en orme apparemment très endurant après une cuisson du ventre (il a fini par péter en traction si je me rappelle bien). Baugh suppose que la cuisson du ventre réduirait l'hysteresis. Je ne peux pas m'empêcher de faire le lien entre les deux, même si ce ne sont que des suppositions. Il faudrait comparer l'évolutions de deux arcs du même design, issu du même tronc, l'un cuit et l'autre pas...

Au fait, le test façon Baugh est très simple à mettre en oeuvre : je pense qu'on pourrait le faire avec la branche d'un arc, simplement en serrant la poignée sur une table et en plaçant à l'arrière plan des graduations (papier millimétré ou autre).

[acer campestre]

S'il y a augmentation du suivi de corde, il y a forcément diminution de la puissance :bhaoui..:

Les spécialistes du bois parlent parfois de fluage mécanosorptif , c'est à dire une déformation permanente d'une pièce fléchie.

je ne sais pas si le fluage mécanosorbtif est la même chose que l'hystérésis, le fluage mécanosorbtif semble plutôt lié à la désorganisation des molécules du bois pendant les variation d'humidité( d'ou : "sorbtif"), ce qui fait que de 2 poutres identiques soumises à la même charge, celle qui est soumise à des variation d'humidité va plus fléchir que celle dont l'environement (même un peu humide) ne varie pas. forcément, ça joue sur le suivi de corde, mais en statique, il me semble. Par contre, le taux d'amortissement, qui se mesure en dynamique (en faisant vibrer le bois) a plus à voir avec l'hystérésis. là on se rapproche des travaux des labos d'acoustique sur les bois de lutherie.

@@@

[ishi78]

Je n'avais pas vu ce sujet, Merci à Acer de le faire remonter. Effectivement ce phénomène d'amortissement est logiquement à l'origine de la perte de rendement des branches d'arc, rien d'étonnant, mais une étude expérimentale approfondie risque d'être intéressante, avec la sempiternelle limitation due à l'hétérogénéité du bois et la variation d'un échantillon de bois à l'autre.

Je suis d'accrod avec Acer : l'amortissement est un phénomène différent du fluage mécanosorbtif.

[Herboriste]

Ya t-il un formule pour trouver l'énergie stoker dans l'arc la vitesse de la flèche et l'énergie que la flèche a au moment de l'impact.

J'ai tenter de le savoir dans le cour de science mais j'arrive pas à calculer toute les variables.

genre la résistance de l'aire, et maintenant l'amorticement.

:07:

[JMG]

pour la flèche à l'impact... Ec=1/2mv2 (on doit pouvoir laisser tomber Ep)

pour l'énergie stockée dans l'arc, tu as la force de traction à l'allonge

la vitesse de la flèche, tu as des radars à mettre en place pour l'obtenir...

[Herboriste]

pour la flèche à l'impact... Ec=1/2mv2 (on doit pouvoir laisser tomber Ep)

pour l'énergie stockée dans l'arc, tu as la force de traction à l'allonge

la vitesse de la flèche, tu as des radars à mettre en place pour l'obtenir...

Dans le fond on fait juste remplacé l'énergie cinétique Ek par Ec (c quoi Ec)

mais j'ai l'impression que c'est plus compliquer que sa a cose de

la résistence de l'air avec la distance (je sait pas la formule)

la gravité qui attire la flèche vers le sol. énergie potentiel (Ep=mgh)

l'amorticement du bois qui transforme l'énergie en chaleur (Q=mc(delta)T)

Delta c un triangle normallement.

et que veut tu dire par « pour l'énergie stockée dans l'arc, tu as la force de traction à l'allonge »

ce que j'en comprend c'est qu'On a la pression de l'arc en livre mais comment faire avec cette info pour trouver l'énergie stoker dans l'arc (en joule) ou encore la force de l'arc (en Newton).

:07:

[bigfoot]

Dans le fond on fait juste remplacé l'énergie cinétique Ek par Ec (c quoi Ec)

mais j'ai l'impression que c'est plus compliquer que sa a cose de

la résistence de l'air avec la distance (je sait pas la formule)

la gravité qui attire la flèche vers le sol. énergie potentiel (Ep=mgh)

l'amorticement du bois qui transforme l'énergie en chaleur (Q=mc(delta)T)

Delta c un triangle normallement.

et que veut tu dire par « pour l'énergie stockée dans l'arc, tu as la force de traction à l'allonge »

ce que j'en comprend c'est qu'On a la pression de l'arc en livre mais comment faire avec cette info pour trouver l'énergie stoker dans l'arc (en joule) ou encore la force de l'arc (en Newton).

:07:

pour l'énergie stockée dans l'arc voir les articles de B Kooi (une recherche sur internet te les fournira) mais accroche toi à ta chaise le monsieur en question est docteur en mathématique et son article est truffé de formule à base d'intégrale ....