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我们来看看常见制弓材料的性能吧(说明内容补完)

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我们来看看常见制弓材料的性能吧(说明内容补完)

darsten_huowen 发表于 2010-4-9 06:38:51 浏览:  84026 回复:  157 [显示全部楼层] 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 darsten_huowen 于 2010-4-9 21:28 编辑

先看表,然后废话

弹性模量单位是:牛顿/平方毫米X10000     密度单位是:公斤/立方米  储能密度单位是:千焦耳/公斤

最大变形率可以体现材料的韧性。最大变形率高的材料韧性高。

                               弹性模量    变形率    密度    储能密度        
筋(Kooi样本)            0.09         7.8%       1100     2.50
角(Kooi样本)             0.22         4%          1200     1.50
筋(P.H.Blyth样本)     0.124        4.1%       1300     1.58
角(P.H.Blyth样本)    0.265        3%          1300     1.43
钢(Kooi样本)            21             0.33%     7800     0.13
0.2%碳钢经淬火         20.7     0.187%      7600    0.095
弹簧钢                      20.7      0.75%     7600    1.53
白蜡木                    1.19      0.97%         600     0.94
榆木                        0.7       0.97%        460     0.72
山榆(无毛榆)           1.06      1.0%             550     0.96
(拉丁文名Ulmus glabra)
橡木                        1.07      0.97%         610     0.77
钛                            11.32     0.7%       4460    0.67
Nagler紫杉                0.68      1.0%       641     0.54
太平洋紫杉含水12%    0.92      1.1%        705     0.84
(美国林业局均值数据)   
太平洋紫杉(Kooi样本)  1.0       1.2%        600     1.1              
意大利紫杉(粗略值)     1.1       1.3%         650     1.44
喜马拉雅紫杉                     数据待考
桑木(弓料)                2.05      1.0%        961     1.08
桑木(未干燥湿材)        2         0.8%         945     0.68                 
紫心木                     1.66      0.9%        923     0.70
糖槭(糖枫)含水12%  1.25      0.9%         705     0.67   
红槭(红枫)含水12%  1.12      0.8%         609     0.62
IPE                                      0.8%         1038   0.68
Elm Rock               1.05      1.0%           705     0.70
山胡桃木                 1.55      0.9%           817     0.75
玻璃纤维(Kooi样本)     3.9       2%            1830    4.3
玻璃纤维(GC-70-ULS)    4.11      3.5%     1882    13.46
(Gordon Composites公司产品)      
碳纤维(GC-70-UCL)      12.33     1.5%   1454    9.60
(Gordon Composites公司产品)
茅竹                         1.07      1.2%        740     1.09
茶杆竹                      4.38      2.6%        1121    13.08
(Tonkin Cane,拉丁文名:Pseudosasa amabilis)
槭木(枫木Kooi样本)     1.2       0.9%        700     0.7

必须得承认,把这些数据统一成相同单位实在是费了很大力气。现在总算是把它们能够码在一

起进行对比了。
没有特殊注明的木材,都是以优良弓料作为样本的,经过了合格的后处理。12%含水率的数值都

来自大量随机木材样本的均值,所以要比其他作为弓料来测的木材低一些。可以参考太平洋紫

杉的两个值的差异,以及槭木(枫木)的差异。 意大利紫杉目前没有正式的数据,因为样本太

少了,但是根据现在用意大利紫杉制的弓可以测出弹性模量大约比优良的美国紫杉弓料高10%,

变形率可达1.3%,由此可算出大约的储能密度为1.44
比较重要的值就是  材料的最大变形率,这代表了韧性。 材料的密度   另外最核心的就是储

能密度值。这个值越高,作为一种制弓材料就更加优越。

从储能密度值来排列,表中几种比较突出的材料从高到低排列分别是:
玻璃纤维(GC-70-ULS)  13.46   
茶杆竹               13.08   
碳纤维(GC-70-UCL)     9.60
玻璃纤维(Kooi样本)    4.3
筋(Kooi样本)         2.50
弹簧钢               1.53
角(Kooi样本)         1.50
喜马拉雅紫杉       具体数据未知,但最起码可以排在这个位置。原因我们后面说
意大利紫杉(粗略值)   1.44
太平洋紫杉(Kooi样本) 1.1  
茅竹                 1.09
桑木                 1.08
山榆(无毛榆)         0.96
白蜡木               0.94
玻璃纤维(GC-70-ULS)本身已经是复合结构的玻璃纤维板材,事实上就是弓片。用于现代滑轮弓

和复合弓。我们可以看到其数据极为突出,该公司另外还有种产品储能密度可达16.17。现代滑

轮弓的高性能和弓片材料的超高性能是密不可分的。


茶杆竹   13.08,这个数值可以说是这整张表里面最为逆天的。所有人看到这个数值首先都要

怀疑其真实性。所以也有制弓爱好者测试了茶杆竹的样品,各项数值均相符。需要注意的是,

虽然这里面写的是茶杆竹,但事实上是拉丁文名为Pseudosasa amabilis的竹子才是。英文商品

名是Tonkin Cane,或者Tonkin bamboo。根据德国的竹子百科介绍,可能的中文俗名有:茶杆竹

,苦竹,青篱竹,沙白竹,矢竹。   属于一种中型竹,高8~13米。直径2~6厘米,分布于中国

南部,越南北部,日本。极适于制笛。  在南欧和北非也有生长,但高度仅2~5米。钓鱼爱好者

对这种材料肯定不陌生,上好的飞蝇杆就是用Tonkin Cane制成,其魅力迄今为止合成材料难以

企及。这种材料被西方弓箭爱好者注意到以后,首先想到的是将其作为木弓的弓背。但实际效

果很不理想,原因是这种材料的弹性模量远远大于其他各种木材,这样用作弓背的话几乎不拉

伸,反而过度压缩弓腹的木材,大大降低寿命,也影响实际的性能表现,还很可能导致弓折断

。接下来很自然的就想到了,如果制作一个很轻质的弓胎,前后贴两片Tonkin Cane那么一定能

做成性能很好的弓,但是稍有常识的人马上就会想到,日本人做的就是这样的事情。和弓就是

这样产生的。和弓的设计思路较侧重威力,是超大拉距,大反曲的超长弓,这样的构造实际上

对于发射轻箭的效率是很不利的,但正因为其材料性能的优越,所以发射轻箭的性能也还不错

。飞雪的弓胎弓的表现就是很好的例证。和弓中间的侧向竹片基本不起储能作用,而是与角弓

弓胎一样的原理,以减重为首要作用。根据和弓制作弓胎下料的方法,刚好可以把竹子最松软

多孔的轻质部分做到弓的中性轴附近。侧向沾和弓胎以前,先要给各片竹子刷很稀的胶,彻底

干透以后,才刷较浓的胶粘和。目的是为了防止竹纤维中的空腔吸入过多的胶增加额外的重量

。现在许多层压传统弓也使用类似的做法来制作弓胎。如果我们要进一步提高筋角弓的性能,

那么我个人认为此种做法还是很值得借鉴的。不丹竹弓的竹材如果进行性能指标测试的话,数

值一定也很高。这些竹子采伐之后的后处理对于获得高性能指标也很重要。和弓与不丹竹弓都

需要烟熏等步骤。而和弓则以古材为贵,上好的前后竹材年代可上溯至明治甚至江户时代。这

部分知识就等青岚大人逐步给大家介绍,咱在这里就不胡说了。

钢材部分也很有意思,淬火虽然增加了钢材的硬度,但是因为韧性下降,储能密度大幅度下降

,而热处理几乎不改变钢的弹性模量。弹簧钢的性能则可以达到和牛角相当的水平。


紫杉分为十一个种,性能差异很大。 Nagler紫杉储能密度仅为0.54。现代常用作弓料的是美国

太平洋紫杉,储能密度为1.1,传统欧洲制弓主要为意大利紫杉,储能密度约为1.44,性能极佳,

几乎逼近牛角,但现在被严格保护,砍伐指标极少。全世界只有一家弓铺能提供数量极为有限

的意大利紫杉弓料。意大利紫杉的性能大大超出美国太平洋紫杉有一个重要原因是,意大利紫

杉的细胞生长密度是太平洋紫杉的3倍。而各种紫杉中生长密度最高的是喜马拉雅紫杉,细胞密

度是太平洋紫杉的4倍。这就是说,很有可能全世界最好的木弓料是喜马拉雅紫杉。这现在也是

欧洲的传统弓爱好者的一个热门话题。但是喜马拉雅紫杉的样本很难接触到,所以目前这还只

是猜想。从中我们也可以看出,古代英国战弓的材料本身性能还是相当不错的,但因为其本身

也是较侧重威力的设计,弓长较大,对等效质量影响很大,所以发射轻箭的效率较低。欧洲人

对此也有认识,所以当时制作用来射远的飞弓首先强调的就是要作成短弓。短弓箭速较高,所

以在狩猎中小型猎物的时候有优势,作为狩猎工具广泛存在,而因为最大威力较差(参考前些

日子贴的直拉长弓短弓的拉力拉距曲线图对比),并不适合军用。

茅竹经过恰当处理后几乎和太平洋紫杉和桑木在同一水平上。这说明竹材制弓还是很值得大家

大大发掘其潜力的。尤其是很适合给桑木等制作弓背。桑木的指标和太平洋紫杉极为接近,也

是一种极好的制弓材料。事实上,在欧美传统弓爱好者当中,普遍认为桑木是制作实用弓的最

佳性价比材料。但值得注意的是,欧美弓匠普遍认为桑木的白木质不理想,保留桑木的白木质

对弓的性能表现并无好处,比较倾向于将桑木的白木质去除。虽然桑木的储能密度指标和太平

洋紫杉极为接近,但普遍来说,太平洋紫杉还是表现出了一定的优势。主要在于,储能密度并

非是绝对指标,另外还有一个因素就是材料的热损耗率。紫杉的热损耗率属于非常低的,在

1.9%到6.5%之间。筋角材料大约不到10%,许多木材高于10%。

与筋角类似,紫杉也是一种对温度很敏感的材料。在摄氏0~50度之间,紫杉的强度和弹性模量

以每摄氏度1%的幅度变化。在0~50度之外的范围,也依然随温度变化,只是比率关系有变化。

这也就是说,从0~50度之间,紫杉的弹性模量可以发生多达50%的变化。简单来说,就是一把弓

50度的时候拉力为100磅,到0度的时候就是150磅。0度时候的储能密度,要比20度的时候多出

20%上表中的各种材料数值都以20摄氏度为标准。

山榆木和白蜡木的优秀性能在这列表里面也被证实了。尤其是这两种木材在国内较易获得。但

要格外注意的就是对木材要进行充分的干燥。一般至少要干燥到含水率12%。从桑木的干湿材性

能指标的对比上就能看出来,恰当的干燥对于充分挖掘材料本身的性能是多么的重要。

从密度上说,我们会发现几种适于制作弓胎的材料,

茅竹                   740
红槭(红枫)含水12%      609
槭木(枫木Kooi样本)     700
榆木                    460
太平洋紫杉(Kooi样本)    600   
山榆(无毛榆)           550   
这些材料都较适合做成高性能角弓的弓胎,因为其密度很低,另外有足够的韧性和强度。桑木

这样的木材虽然韧性也很好(达到了1.0%)但因为密度较高,达到了961,用来做弓胎的话就没有

把弓胎减重这一功能发挥到极限。榆木从密度上来看无疑是非常理想,如果有纹理顺直的木料

,做成弓胎应该能达到很高的性能。紫杉和茅竹具有这里面最高的韧性,变形率可达1.2%,而紫

杉密度要比毛竹低,因此紫杉较适合制作超大反曲的高性能角弓,就比如土耳其飞弓。不少上

等的土耳其飞弓以紫杉作为弓胎。
另外有一个非常极端的材料值得大家考虑,就是巴莎木,轻木。这种木材韧性极高,变形率可

达1.4%  密度极低160,储能密度只有0.14。强度很低。但是因为密度惊人的低所以有制作弓胎

的潜力。因为中性轴附近的应变和应力都非常小,巴莎木应该可以胜任。一把弓的剖面可以做

成    筋
      榆木
      巴莎木
      榆木
      角
                 这样一个结构。整弓的重量有进一步降低的潜力。
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阿痴 发表于 2010-4-9 07:59:46 显示全部楼层
玻璃纤维(GC-70-ULS)    4.11      3.5%   1882    13.46
茶杆竹                      4.38      2.6%   1121    13.08

这茶杆竹这么牛?
darsten_huowen
 楼主|
发表于 2010-4-9 08:53:54 显示全部楼层
回复 2# 阿痴
是的,牛的惊人,我现在把说明内容写完了。可以看里面对茶杆竹的说明。
屠城校尉 发表于 2010-4-9 09:11:10 显示全部楼层
虽然有点懵懂·但是这样的营养贴必须要顶
箭镞 发表于 2010-4-9 09:14:33 显示全部楼层
好完整的资料吆,B版就是牛!!!
白色台灯 发表于 2010-4-9 09:32:11 显示全部楼层
问一个问题,弓架(弓胎)能用三种木粘合?然后再加上筋和角?
darsten_huowen
 楼主|
发表于 2010-4-9 09:41:40 显示全部楼层
技术上说是可以实现的。现在有一些前后两片是玻璃纤维的层压传统弓是这种结构。但是筋角传统弓的弓胎厚度往往会比层压弓的弓胎薄一点,这么做3层构造的弓胎是不是值得就要看情况了。
largehuge 发表于 2010-4-9 10:35:49 显示全部楼层
看来玻璃纤维比碳纤维根适合做弓弩片,一直以来大家都认为碳纤维更适合做弩片,弩片和复合弓片都要打孔的,这就涉及到材料的抗剪切性能了,如果经过合适的编织方法,玻璃纤维和碳纤维那种更适合打孔作弩片呢
白色台灯 发表于 2010-4-9 10:47:05 显示全部楼层
技术上说是可以实现的。现在有一些前后两片是玻璃纤维的层压传统弓是这种结构。但是筋角传统弓的弓胎厚度往 ...
darsten_huowen 发表于 2010-4-9 09:41



刚才再看了一下数据,发现核桃木也是相当不错的。怎么就好像没有人弄来做筋角弓?是取材难吗?
九阴白骨箭 发表于 2010-4-9 10:48:39 显示全部楼层
本帖最后由 九阴白骨箭 于 2010-4-9 10:51 编辑

广东省广宁的茶杆竹




坳仔镇是怀集县的重点林区之一,林业资源丰富,全镇有林面积达27.3万亩。其中茶杆竹(俗称厘竹)16万亩。坳仔镇的茶杆竹远近闻名。素有“钢竹”、“铁篱”之美称,被誉为“竹中之王”,全镇年产茶杆竹5万多吨。该竹具有通直、壁厚、枝细、叶疏、节平、光滑、坚韧、弹性强,不易虫蛀、耐腐蚀、燃烧后竹灰洁白不成炭等特点,是制作台、椅、书架、屏风、鸟笼、钓鱼杆、路标竹、花篮、竹画、竹帘、花盆、园艺、香骨、牙签、扫把柄等的优良材科,坳仔茶杆竹年出口量逐年增加,占全国同类产品出口量的60%以上,产品远销欧美和东南亚三十多个国家及地区。


tiema 发表于 2010-4-9 10:57:19 显示全部楼层
研究的太深入了。不过,喜马拉雅紫杉就是红豆杉 ?
darsten_huowen
 楼主|
发表于 2010-4-9 11:00:55 显示全部楼层
嗯,但是需要注意的是,并非所有茶杆竹都是Pseudosasa amabilis
比如说岳麓山茶杆竹就是Pseudosasa yuelushanensis B. M. Yang
            江永茶竿竹就是Pseudosasa magilaminaria B. M. Yang
            庐山茶竿竹就是Pseudosasa hirta S. L. Chen et G. Y. Sheng
所以确切地说,Pseudosasa amabilis只是茶杆竹这个统称中的一种。
各种茶杆竹之间都有较强的亲缘关系,很值得逐一研究。但很有可能其中大部分都和Pseudosasa amabilis的性能有明显差距。

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