Naukowo o linach stalowych

poniedziałek, 13 lipca 2015
Tadeusz Lis
Za zgodą Jerzego Kulińskiego. Źródło: www.kulinski.navsim.pl.

Starło się dwóch doktorów. Jeden zaczepił, drugi nie mógł się powstrzymać, aby mu nie odparować :-)))

Ten news dotyczy tego, co się przydarzyło Marcinowi Palaczowi (poprzedni news). Tadeusz Lis naświetla naukowo tło wydarzenia. Że niby tak się musiało zdarzyć.

Tak prawdę mówiąc z tymi nierdzewkami, zwłaszcza strunówkami jest prawie tak jak z informatyką, która w rzeczy samej ponoć niczym się nie różni od czarnej magii (to chyba Jacenty).

Na "Milagro V" kiedyś podczas spokojnej żeglugi ni z tego, ni z owego zaczęły pękać po kolei struny tylnej wanty kolumnowej i to nie przy krawędziach zawalcowanych końcówek, ale dokładnie w środku długości liny. Czary jakieś?

Teraz oddaję Was w ręce naukowca-warsztatowca.

Żyjcie wiecznie!
Don Jorge




Tadeusz LisDrodzy Koledzy.

Przypadek z achtersztagiem Kolegi Marcina jest na tyle znamienny i typowy (vide: Pęka nawet achtersztag), że warto mu się przyjrzeć bliżej. To co Go spotkało, z dużym prawdopodobieństwem może spotkać każdego z nas na używanym jachcie.

Liny stalowe są narażone na zniszczenie na skutek dwóch wzajemnie wzmacniających się zagrożeń:
  1. Przełamania na skutek wadliwego przechowywania, co skutkuje lokalnym utwardzeniem przez zgniot włókna stalówki
  2. Zmęczenie materiału – ale rozumiane trochę tak, jak zjawisko pełzania.
W czym rzecz?

Przyjrzymy się bliżej, co się dzieje z przełamanym achtersztagiem, który przypadkowo został zgięty w czasie przechowywania. Wyobraźmy sobie, że włókno stalówki jest miniaturowym prętem. Jeżeli podzielimy go myślowo na pojedyncze, małe pręciki, to każdy z nich będzie pracował zgodnie ze swoim przeznaczeniem (rys.1) - w granicach naturalnej sprężystości (rys. 2).

Stalówka rozciągana
rys. 1. Stalówka rozciągana
Typowa krzywa rozciągania
rys. 2. Typowa krzywa rozciągania

Taka lina może pracować teoretycznie nieskończenie długo. Ale.. przyjrzyjmy się achtersztagowi, który został w czasie zimowania przypadkowo przełamany (rys. 3). Zaszły w nim nieodwracalne zmiany. W jednej swojej części został osłabiony poprzez przejście włókien do obszaru plastycznego, w dolnej części utwardził się na skutek zgniotu. Utwardzenie to polega na tym, że zmieniła się wewnętrzna struktura metalu (jak przy kuciu). Ziarna żelaza zmalały, a grafit (węgiel) pomiędzy nimi tworzy bardziej gęstą siatkę.

Zmiana cech materiału w zagiętej staloówce
rys. 3. Zmiana cech materiału w zagiętej stalówce

Teraz taka stalówka poddana naprężeniom pęknie prawdopodobnie dokładnie w tym miejscu. Czy pęknie od razu? Nie. Wiedzę o tym inżynierowie zawdzięczają swojemu znakomitemu Koledze Arturowi Wohlerowi (1819-1914) (rys. 4), który był superintendentem kolei dolnośląsko-brandemburskiej (do 1847 roku). Wohlera zainteresował problem pękania osi pociągów, mimo tego, że obliczenia statyczne pokazywały, że przeginana oś nie ma najmniejszego prawa pękać – ze względu na bardzo duży współczynnik bezpieczeństwa.

Badania zmęczeniowe wywołały drobny szok zilustrowany na słynnym wykresie, który każde dziecko interesujące się praktycznymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi wysysa z mlekiem matki.

August
rys. 4. August Wohler
 

Oto – źródło http://kpt.wm.am.gdynia.pl/doc/PKM_I_w16_(wytrzymalosc_zmeczeniowa).pdf)

Wykres czytamy następująco – czym większa jest amplituda cyklu, tym mniejszą ilość cykli zniesie dany element bez zniszczenia. Przy dostatecznie małej amplitudzie element do końca swojej eksploatacji pozostaje niezmienny (nieuszkodzony). Jakie wnioski wynikają dla naszego olinowania stałego? Są one następujące (uwzględniając fakt, że poświęciłem w tym komentarzu precyzję i głębokość opisu zjawisk zniszczenia materiału – na rzecz, daj Boże, zrozumiałości):
  1. Jeżeli już demontujemy olinowanie na zimę, to dogmatycznie przestrzegamy zasady, aby nigdy i nigdzie nie przełamać żadnej stalówki
  2. Jeżeli możemy – unikamy demontażu olinowania stałego
  3. Pamiętamy, że zjawisko wytrzymałości zmęczeniowej występuje – i musimy się liczyć z kosztami wymiany olinowania. Nie potrafię jednak stwierdzić, czy należy to robić dokładnie co 10 lat. Na moje doświadczenie nawet w jachtach klubowych wytrzymuje one więcej. Doświadczenie Kolegów z SSI?
  4. Nie chciałbym jednak otwierać dyskusji o resursie olinowania stałego – ponieważ zależy to od tak wielu czynników, że wiarygodne porównanie nie jest dla mnie możliwe
  5. Na jachcie turystycznym propaguję, aby liny olinowania stałego (zwłaszcza sztagi i wanty) były o jeden numer większe niż to wynika z obliczeń. Czy zakłócam stateczność jachtu? Owszem, ale to jest łatwe do skompensowania – w przeciwieństwie do skutków zerwanej liny w sztormie
  6. Obok wytrzymałości statycznej na rozciąganie występuje też wytrzymałość zmęczeniowa. Praktycznie każda lina jest poddana takim cyklom. Sprawdźcie nawietrzną wantę na kursie ostrym trzymanym w zębach ołówkiem nawigacyjnym lub śrubokrętem. Będziecie zdumieni jak potężne są jej drgania…
  7. Liny morduje również korozja międzykrystaliczna – ponieważ w praktyce stale się dzielą na szybko-rdzewne i wolniej-rdzewne. Ale rdzewieją wszystkie…
Na koniec refleksja z praktyki. Liny ze stali 316 bardzo długo zachowują doskonały wygląd i pękają znienacka z wyraźnie kruchym przełomem. Liny stalowe zwykłe (ocynkowane) degradują się powoli i w sposób widoczny ostrzegają nas pękaniem pojedynczych pokrętek. Co polecam rozwadze właścicielom używanych jachtów…

Pozdrawiam Klan SSI
Tadeusz
Tagi: stalówki, achterszlag
TYP: a3
0 0
Komentarze
TYP: a2

Kalendarium: 11 August

Zmarł kapitan Henryk Kujawa, konstruktor i współtwórca m.in. jachtów J-140 i J-80 oraz zasłużony członek Jachtklubu Stoczni Gdańskiej
sobota, 11 sierpnia 2018
Na "Iskrze II" podniesiono banderę Polskiej Marynarki Wojennej
środa, 11 sierpnia 1982
W Sztokholmie zbudowano "Vasę", najpotężniejszy okręt Gustawa II Adolfa w tamtym czasie i w tym rejonie. Zaraz po zwodowaniu okręt zatonął; jest dzisiaj eksponowany w Muzeum Okrętu Vasa w Sztokholmie
piątek, 11 sierpnia 1628