Конструкции, или почему не ломаются вещи - Гордон Джеймс Эдвард (книги онлайн .txt) 📗

В результате такого попеременного образования вихрей то по одну, топо другую сторону препятствия полощутся на ветру флаги, качаются деревья,гудят и поют телеграфные провода. Именно поэтому свободное полотнище парусахлопает на ветру и вполне может разорваться или ушибить. Я однажды самвидел, как человека сбила с ног вырвавшаяся рея шкота; в ней была запасенадовольно большая энергия. Когда в свежий ветер большой корабль поворачиваетна другой галс, издаваемый парусами хлопок бывает громче пушечного выстрела.

Если частота аэродинамического воздействия, вызванного вихрями, совпадетс одной из собственных частот колебаний обтекаемого тела, то амплитудаколебаний в этом теле может возрастать до тех пор, пока что-нибудь в немне сломается. Именно благодаря этому механизму, а не постоянному давлениюветра ломаются в бурю деревья. То же самое довольно часто происходит ссамолетами и подвесными мостами. Этого можно избежать, если сделать конструкциюдостаточно жесткой, особенно на кручение. Как мы уже отмечали, именно требованиядостаточной крутильной жесткости в основном определяют проектирование ивес конструкции современного самолета.

Хотя подвесной мост Телфорда через Менай уже вскоре после своей постройкидовольно сильно пострадал от вызванных ветром колебаний, потребовалосьоколо ста лет, чтобы строители мостов осознали реальную опасность этогоявления. Классическая катастрофа такого рода произошла в 1940 г. с мостомТэкома Нэрроуз в США. Этот мост с пролетом в 840 м не имел достаточнойжесткости на кручение. Уже при среднем ветре размах колебаний достигалтакой величины, что местные жители прозвали его "скачущей Гертой". Довольноскоро после постройки при ветре всего около 70 км/час амплитуда его раскачкии крутильных колебаний достигла критической величины и он обвалился. Случилосьтак, что рядом оказался кто-то с заряженной кинокамерой в руках. Камераработала, и стоимость пленки оказалась прекрасно вложенным капиталом, посколькус тех пор ее показывают по всему миру практически во всех инженерных институтах(рис. 157).

Рис. 157. Кадры, запечатлевшие разрушение подвесного места ТэкомаНэрроуз [129].

Этот опыт учли, и современные подвесные мосты имеют достаточную жесткость,особенно на кручение. Как и в случае самолетов, вес элементов, обеспечивающихнужную жесткость моста, составляет довольно значительную долю его общеговеса. Так, пролет автомобильного моста через Северн (рис. 86) выполнениз огромных стальных труб шестигранного сечения, изготовленных из листовмалоуглеродистой стали. При сооружении моста они секциями сплавлялись поводе, поднимались на место и затем сваривались в сплошную конструкцию.

Проектирование как прикладная теология

Причины любой катастрофы лежат на двух уровнях. Первый связан с непосредственнымимеханическими или технологическими факторами, второй - с факторами субъективногохарактера. Не подлежит сомнению утверждение, что проектирование - не оченьточный предмет, иногда случаются неожиданности, допускаются ошибки и т.д.,однако в большинстве случаев "истинные" причины катастроф кроются в оплошностях,сделанных теми или иными людьми, и этих оплошностей вполне можно было быизбежать.

Сегодня довольно распространено мнение, что оплошность относится к разрядутех слабостей, за которые человека нельзя по-настоящему осуждать, ведьон "сделал все, что мог", он жертва своего воспитания, среды или социальнойсистемы и т.д. и т.п. Но оплошность незаметно переходит в то, что называетсяочень непопулярным сейчас словом "грех". В течение своей долгой профессиональнойжизни, потраченной (или растраченной) на изучение прочности материалови конструкций, мне пришлось разбираться в немалом количестве катастроф,нередко сопровождавшихся гибелью людей. Мой опыт привел меня к убеждению,что лишь немногие из катастроф случаются сами по себе на морально нейтральнойпочве. Девять из десяти происходят не по технически сложным причинам, ав результате стародавних человеческих прегрешений, часто опускающихся доочевидной безнравственности.

Конечно, я не имею в виду такие грязные грехи, как умышленное убийство,особо крупное мошенничество или сексуальные преступления. Причинами гибелилюдей в авариях являются более жалкие грехи: "не знал", "не побеспокоился","не спросил", "вы ничего мне не сказали", "не подумал", гордыня, завистьи жадность, легкомыслие и бездеятельность. Хотя многие технические фирмыимеют прекрасный штат конструкторов, персонал слишком многих фирм в Англиивсе еще технически некомпетентен, и часто в преступной мере. Многие сотрудникитаких фирм не получили должного образования и из-за присущей им спеси всочетании с невежеством обижаются на любое предложение послушаться хорошегосовета или нанять квалифицированный персонал.

Мой опыт свидетельствует о том, что далеко не все аварии попадают настраницы газет и что обычно они вызваны отсутствием должной добросовестностив работе и профессиональной компетентности. Сильно сомневаюсь, что лекарствоот этой болезни можно сыскать на пути большей регламентации всех операций.Что действительно необходимо, так это воспитание такого общественного мнения,чтобы на виновных в подобных "ошибках" смотрели как на людей аморальных.Человек не там, где нужно, просверлил отверстие в деревянном лонжеронекрыла, просто заткнул его и никому ничего не сказал. Он был оправдан. Возможно,присяжные сочли его вину с моральной точки зрения незначительной.

Хотелось бы также большей гласности. Ведь если действительные причиныаварии сделать известными широкой публике, то кое-кому придется не толькопокраснеть, но и понести урон - деловая и профессиональная репутация этихлюдей сильно пострадает. Большинство профессиональных инженеров это оченьостро осознает, и они либо вынужденно ведут себя тихо, либо рискуют понестисерьезные убытки. По-моему, эту трудность следовало бы попытаться как-тообойти. Хотя большинство аварий обычно происходит далеко не на центральныхулицах, а на задворках, о которых многие даже не слышали, случаются и весьмагромкие драматичные катастрофы, которые подолгу не сходят с первой полосыгазет. Такими были катастрофа с мостом через Тай в 1879 г., гибель "Кэптена"в 1870 г. и крушение дирижабля R101. Подобные катастрофы часто несут насебе отпечаток человеческих и политических страстей, имеющих в своей основеглавным образом амбицию и спесь. Такова была гибель "Кэптена". Два человека,которые несли наибольшую моральную ответственность за катастрофу, дорогозаплатили за свои ошибки, один - собственной жизнью, другой - жизнью своегосына. К несчастью, погибли и многие другие.

Крушение дирижабля R101, сгоревшего в Бюво в 1930 г. после удара о землю,имело в своей основе те же причины. Подробно эти события описаны НевиломШьютом в его книге "Логарифмическая линейка". Технической причиной авариибыл разрыв оболочки, которая протерлась в результате неправильного обращения.Однако истинными причинами катастрофы были гордость, зависть и политическиеамбиции. Министр авиации лейбористского правительства Томсон, на которомлежала основная ответственность, сгорел при аварии вместе со своим лакееми экипажем в количестве 50 человек. События, предшестовавшие катастрофе,развивались как раз таким образом, как, согласно моему собственному опыту,это обычно и происходит в подобных ситуациях. Сразу бросается в глаза атмосферанеизбежности всего происходящего. Из-за гордости и зависти, амбиции и политическогосоперничества внимание концентрируется только на каждодневных мелочах.Здесь уже не до широты суждений и здравого смысла - основы инженерногопроектирования. Все становится неуправляемым и на глазах катится к катастрофе.

Людей, работающих в мире техники, не минуют извечные человеческие слабости.Многие катастрофы несут на себе отпечаток драматичности и неизбежности,присущие греческим трагедиям. Быть может, некоторые наши учебники должныбыть написаны пером, похожим на перо Эсхила и Софокла, которые не былигуманистами.