NAUKOWO O LINACH STALOWYCH
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 spokojmej 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
.
---------------------------------
.
Drodzy Koledzy,
Przypadek z achtersztagiem Kolegi Marcina jest na tyle znamienny i typowy, że warto jest mu się przyjrzeć bliżej. To co Go spotkało, z dużym prawdopodobieństwem może spotkać każdego z nas na używanym jachcie.
Liny stalowe są narażone na zniszcznie na skutek dwóch wzajemnie wzmacniających się zagrożeń:
Przypadek z achtersztagiem Kolegi Marcina jest na tyle znamienny i typowy, że warto jest mu się przyjrzeć bliżej. To co Go spotkało, z dużym prawdopodobieństwem może spotkać każdego z nas na używanym jachcie.
Liny stalowe są narażone na zniszcznie 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).
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).
rys. 1. Stalówka rozciągana
.
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.
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.
rys. 3.Zmiana cech materiału w zagiętej staloówce
.
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 superindendentem 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.
rys. 4. August Wohler
.
rys. 5.
.
.
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 stalów
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….
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 stalów
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.
Wniosek mam taki, że może lepiej ocynk, bo przynajmniej widać kiedy zmienić ?!,
A poza tym przy zawalcowaniu przy nierdzewnej linie następuje siłą rzeczy zgniot materiału co powoduje jej osłabienie w tym miejscu.
--
z poważaniem Piotr Dobrowolski
Pański wniosek dotyczący osłabienia liny stałej, pokrętkowej w miejscu zaciśnięcia końcówki jest nienaganny w świetle logiki po przeczytaniu artykułu.
Jednak jest on nie do końca prawdziwy.
Prawidłowo zawalcowana końcówka (w specjalnej walcarce – nie ściskana amatorsko w imadle i oklepana lekkim młotkiem) rozkłada naprężenia równomiernie w całym przekroju. Wytrzymałość liny w tym miejscu WZRASTA.
Pisał o tym Mistrz don Jorge – stalówki miękkie i półmiękkie (czyli pokrętkowe) nigdy nie pękają przy końcówkach. Chyba, że kupimy tani, chiński zamiennik, który ma ostrą krawędź wyjściową (nie sfazowaną nożem łukowym). Wtedy działa ona jak nóż równo obcinając linę.
Zjawisko które opisałem polega na tym, że zewnętrzne włókna stalówki zostają zdeformowane jak na rysunku 3. U góry tworzy się plastyczne przewężenie, a na dole – umocniony przez zgniot, kruchy kawałek. Czytając ten komentarz proszę wziąć w palce spinacz i poprzeginać go w obie strony, a następnie przez szkło powiększające (kieliszek z czystą wodą) proszę obejrzeć zład. To jest dokładnie model pękania stalówki.
Przypomnę tylko młodszym Kolegom, że w żeglarstwie regatowym używamy tzw. lin strunowych – których wytrzymałość uzyskujemy w procesie przeciągania (kalibracji), wykorzystując właśnie zjawisko zgniotu (np. lina 19 x 1). Dla zainteresowanych dokładny opis technologii tutaj: http://www.metalplast.pwr.wroc.pl/pliki/lab5.pdf
Liny te są lekkie i bardzo wytrzymałe. I skrajnie nieodporne na niekompetencje takielmistrzów i głupotę czarterobiorców – dlatego zajmują w jachtowej przyrodzie technicznej wąską niszę. Są bardzo wrażliwe na przeginanie, więc na jachtach turystycznych mieszkają prawie wyłącznie jako achtersztagi lub bagsztagi.
Od jakiegoś czasu na rynku dostępne są liny nieodkrętne typu Python – w tym wersje młoteczkowane, stosowane w zastosowaniach krytycznych (np. w dźwigach samojezdnych, gdzie trudno jest umieścić rolki prowadzące o dużych średnicach). Dla hobbystów więcej informacji tutaj: http://www.interrope.com/liny-specjalistyczne-python,d15.html
Pozdrawiam. T.L.