Из каких элементов складывается прочность колеса, и что вообще означает прочность? Предлагаю считать прочностью колеса его способность избегать разрушения при нормальной эксплуатации. Т.е. разрушение колеса от попавшей в спицы палки, дикого зверя или другого велосипедиста — это из ряда вон выходящее событие, и конструировать колесо с целью их предотвращения бессмысленно.
Для того, чтобы понимать, как разрушается колесо, нужно разобрать, какие силы на него действуют.
Постоянно действующие силы — это натяжение спиц, давление корда покрышки на обод, давление камеры на обод и т. д. Они не влияют на прочность колеса непосредственно — случаи, когда колесо ломалось на велосипеде стоящем в кладовке, обычно связаны с землетрясениями или другими катаклизмами.

Динамические нагрузки, действуют на колесо велосипеда во время движения. Их можно разделить по вектору в направлении которого они действуют: радиальные, латеральные/боковые и торсионные.

Радиальные — это нагрузки, направленные от периметра обода к центру колеса. С этими нагрузками колесо справляется лучше всего. Любое добротное колесо выдерживает по этому вектору усилия превышающие его вес в 500-700 раз.
Латеральные нагрузки возникают при попытке сдвинуть обод вдоль оси втулки. Такие нагрузки возникают в поворотах, при педалировании стоя или в аварийных ситуациях когда колесо плоскостью упирается в край колеи, трещины или канавы. К данным нагрузкам колесо устойчиво меньше чем к радиальным, как правило, в связи тем, что так называемый зонт (угол колеса, с которым они от обода идут к фланцу втулки) несимметричен. Стандарт втулок с расширенной осью — Boost в том числе призван увеличить латеральную прочность колеса.

Торсионный вектор силы действует на колесо таким образом, что пытается «намотать» спицы колеса на втулку.

Это усилие возникает на заднем колесе при педалировании и на колесах с дисковыми тормозами при торможении. В рамках вопроса о прочности колеса это самые безобидные явления, так как легко решаются так называемой «тангенциальной» спицовкой. Именно поэтому прямая спицовка «солнышком» может применяться только на негруженной стороне или на декоративных велосипедах, т.к. такого рода спицовка мало того, что страдает от торсионной деформации, так ещё и не способствует передаче усилия от наездника к шине.


Глядя на вышесказанное кажется, что колеса должны быть вечными, но они почему то ломаются.
Как правило, разрушению колес способствует несколько факторов одновременно, но сценарий развития событий один: колесо становится нестабильным для латеральных нагрузок и складывается как картофельная чипса.

Это может происходить, например, при приземлении с прыжка на слабо натянутых колесах. Спицы теряют натяжение в месте контакта с поверхностью, и латеральная поддержка колеса пропадает. Так как езда на велосипеде связана с удержанием равновесия, которое само по себе вызывает постоянные небольшие нагрузки перпендикулярно плоскости велосипеда, то в экстремальной ситуации их хватает, чтобы согнуть обод, а дальше гравитация делает свое дело.
Также, разрушению колеса способствуют мелкие аварии, повреждающие обод и нарушающие равномерное натяжение спиц.
Однако, полное разрушение колеса — это, скорее, исключение, и гораздо чаще случается постепенная деградация колеса, когда спицы лопаются по одной, и процесс этот не прекращается — вскоре, после замены лопнувшей спицы, не выдерживает другая. От чего это происходит и как с этим бороться — в следующей серии.