Конструкции, или почему не ломаются вещи | Страница 68 | Онлайн-библиотека


Выбрать главу

Хотелось бы также большей гласности. Ведь если действительные причины аварии сделать известными широкой публике, то кое-кому придется не только покраснеть, но и понести урон - деловая и профессиональная репутация этих людей сильно пострадает. Большинство профессиональных инженеров это очень остро осознает, и они либо вынужденно ведут себя тихо, либо рискуют понести серьезные убытки. По-моему, эту трудность следовало бы попытаться как-то обойти. Хотя большинство аварий обычно происходит далеко не на центральных улицах, а на задворках, о которых многие даже не слышали, случаются и весьма громкие драматичные катастрофы, которые подолгу не сходят с первой полосы газет. Такими были катастрофа с мостом через Тай в 1879 г., гибель "Кэптена" в 1870 г. и крушение дирижабля R101. Подобные катастрофы часто несут на себе отпечаток человеческих и политических страстей, имеющих в своей основе главным образом амбицию и спесь. Такова была гибель "Кэптена". Два человека, которые несли наибольшую моральную ответственность за катастрофу, дорого заплатили за свои ошибки, один - собственной жизнью, другой - жизнью своего сына. 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 Невилом Шьютом в его книге "Логарифмическая линейка". Технической причиной аварии был разрыв оболочки, которая протерлась в результате неправильного обращения. Однако истинными причинами катастрофы были гордость, зависть и политические амбиции. Министр авиации лейбористского правительства Томсон, на котором лежала основная ответственность, сгорел при аварии вместе со своим лакеем и 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 атмосфера неизбежности всего происходящего. Из-за гордости и зависти, амбиции и политического соперничества внимание концентрируется только на каждодневных мелочах. Здесь уже не до широты суждений и здравого смысла - основы инженерного проектирования. 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 должны быть написаны пером, похожим на перо Эсхила и Софокла, которые не были гуманистами.

Глава 15

Эффективность и эстетика, или мир, в котором мы должны жить

— Почему мистер Смит не вошел в ваш кабинет, господин президент?

— Мне не нравится его лицо.

— Но что бедняга может сделать со своим лицом?

— После сорока любой может сделать себе лицо.

Из рассказов о президенте Линкольне

Как-то мне пришлось работать в лаборатории взрывчатых веществ. Естественно, руководство принимало все возможные меры предосторожности против вторжения в лабораторию посторонних лиц, которые могли не только украсть и продать взрывчатку, но и взлететь на воздух вместе с нами. Поэтому все учреждение было окружено колючей проволокой, сигнализацией, вооруженной охраной, полицейскими собаками и всем тем, что только может придумать изобретательный ум представителей службы безопасности.

Многие взрывчатые вещества основаны на нитроглицерине, который представляет собой жидкость, чрезвычайно опасную как в обращении, так и при хранении. Малейшая фамильярность в обращении, например встряхивание бутыли, может вызвать детонацию со всеми ее ужасными последствиями. Обычная безопасная взрывчатка, например динамит, содержит в большом количестве нитроглицерин, и безопасным в обращении его делают различные добавки, разработанные многолетними усилиями целого ряда довольно смелых ученых, таких, как Абель и Нобель. Экспериментаторы, вынужденные работать с чистым нитроглицерином, должны принимать совершенно фантастические меры предосторожности, их работа столь опасна, что многие из них нередко страдают нервными расстройствами.

Лаборатории нитроглицерина отделены от других строений земляными насыпями и широкими свободными пространствами. Персонал обычно носит специальную одежду и особую обувь, сделанную так, чтобы мягко ступать и не создавать статического электричества, дабы исключить малейшую опасность возникновения электрической искры.

Однажды в выходной день несколько местных ребят проникли через все заграждения, не замеченные охраной, собаками и сигнализацией. Обнаружив, что вокруг никого нет, дети забрались в одну из нитроглицериновых лабораторий. Однако там для них не оказалось ничего особенно интересного. Они уронили какие-то бутылки и мензурки на пол и, прихватив несколько пар специальной обуви, улизнули тем же путем, который остался неизвестным и по сей день.

Это вполне достоверная история, но, я думаю, она может служить и некоей притчей, ибо возможно, что инженеры и те, кто составляет планы, администрация, рационализаторы, словом, вся компания "идущих впереди", похожи на детей, играющих в лаборатории, полной нитроглицерина, ни в малейшей степени не сознавая, что они могут вызвать разрушительный взрыв. Можно, разумеется, сосредоточить все свои усилия на "эффективности" всего сущего, чтобы все служило удовлетворению наших материальных потребностей, хотя в действительности наши материальные потребности - понятие, гораздо более растяжимое и в большей мере приспосабливаемое к обстоятельствам, чем мы склонны думать. Однако люди имеют и индивидуальные духовные потребности, которые не менее важны и скорее приводят к социальным взрывам, если их постоянно грубо игнорировать или пренебрегать ими.

Иногда, слушая разговоры некоторых моих коллег-инженеров, я буквально содрогаюсь. Не столько потому, что они придают слишком малое значение эстетическим последствиям своей работы, сколько из-за того, что они считают абсолютно пустым и несерьезным даже касаться этой темы. И все же я думаю, что, чем больше мы увеличиваем свое материальное благосостояние, тем более серьезной катастрофой это в конце концов завершится, если только люди не смогут найти эстетическое удовлетворение в окружающем их мире.

Будучи студентом инженерного факультета, я часто убегал с лекций и виновато прокрадывался в местный музей. Много лекций по математике я пропускал, рассматривая картины в Художественной галерее Глазго. Без сомнения, картины в музеях - это спасение, иногда они были мне в высшей степени необходимы как последнее прибежище в отчаянии, вызванном не столько сухостью теоретических лекций, сколько всепроникающим уродством городов вроде Глазго.

Конечно, держать "искусство" в отдельных коробочках, называемых музеями и театрами, весьма импонирует аккуратному обывательскому и административному образу мыслей. Но такие формы искусства, как живопись, музыка и балет, могут воздействовать на жизнь человека лишь эпизодически. Они могут служить убежищем, но не заменой всего того, что постоянно окружает нас и должно приносить нам удовлетворение само по себе. Большинство из нас находит некий освежающий источник в общении с природой, но мы покорно воспринимаем мрачность и унылость наших городов, фабрик, переполненных станций и аэропортов - всего того, в окружении чего мы вынуждены проводить почти всю свою жизнь. Возможно, что рыба, вынужденная постоянно жить в грязной воде, в конце концов привыкнет к ней, но человек, "выдерживаемый" в таких условиях, должен конце концов восстать.

Как пишет профессор В. Диксон, "Возрождение, этот уникальный период нашей европейской истории, противостоит как средневековью, так и последовавшим за ним векам. Как различаются их взгляды на мир, насколько противоположны их системы ценностей! Каждая всеобъемлющая доктрина воспринимается как нечто неизбежное и неуязвимое. Каждая эпоха думает, что именно ей свойственны правильные и единственно возможные для разумного человека взгляды".

Итак, на важные вещи каждая эпоха имеет свои установившиеся взгляды. Будучи материалистами, сегодня мы, как и подобает, ужасаемся тому, что наши предки были готовы выносить физическую нищету и физическую боль. Но наши предки, в свою очередь, не в меньшей степени ужаснулись бы тому, что должны терпеть мы, тому, что испытывают каждый день сотни миллионов людей в ужасных городах вроде Лондона и Нью-Йорка. Они ужаснулись бы тому, что работающие на наших мрачных "фабриках Сатаны" готовы терпеть весь этот дьявольский грохот и это уродство, чего вполне можно было бы избежать. Даже убранство и атмосфера современных больниц внушили бы им еще больший страх перед смертью.

68
От редактора перевода 1
Предисловие 1
Введение 1
Конструкции в нашей жизни, или как общаться с инженерами 1
Живые конструкции 2
Технические конструкции 2
Конструкции и эстетика 3
Теория упругости, или почему вещи все же ломаются 4
Часть I. Трудное рождение теории упругости 5
Глава 1 5
Почему конструкции выдерживают нагрузки, или упругость твердых тел 5
Закон Гука, или упругость твердых тел 6
Как теория упругости застыла на месте 6
Глава 2 7
Изобретение напряжения и деформации, или барон Коши и расшифровка модуля Юнга 7
Напряжение 7
Единицы напряжения 8
Деформация 8
Модуль Юнга, или какова жесткость данного материала? 8
Единицы измерения жесткости, или модуля Юнга 9
Фактические значения модуля Юнга 9
Прочность 9
Глава 3 10
Конструирование и безопасность, или можно ли доверять расчетам на прочность? 10
Французская теория и британский прагматизм 10
Коэффициент запаса и коэффициент незнания 11
Концентрация напряжений, или как "запустить" трещину 11
Глава 4 12
Упругая энергия и современная механика разрушения, с отступлениями о луках, катапультах и кенгуру 12
Энергетический подход к расчетам конструкций на прочность 13
Автомобили, лыжники и кенгуру 13
Луки 14
Катапульты 15
Эластичность, резильянс и ухабы на дорогах 16
Упругая энергия как причина разрушения 17
Энергия, или работа, разрушения 17
Гриффитс, или как жить в мире трещин и концентрации напряжений 18
"Мягкая" сталь и "высокопрочная" сталь 20
О хрупкости костей 20
Часть II. Конструкции, нагруженные растяжением 21
Глава 5 21
Растянутые конструкции и сосуды под давлением - о паровых котлах, летучих мышах и джонках 21
Трубы и сосуды высокого давления 22
Сферические сосуды высокого давления 22
Цилиндрические сосуды высокого давления 22
Китайская инженерия, или лучше прогнуться, чем лопнуть 23
Летучие мыши и птеродактили 23
Почему же птицы имеют перья? 24
Глава 6 24
О соединениях, креплениях и людях, а также о ползучести и колесах колесниц 24
Прочные соединения и человеческие слабости 25
Распределение напряжений в соединениях 26
Заклепочные соединения 26
Сварные соединения 27
Ползучесть 27
Глава 7 28
Мягкие материалы и живые конструкции, или как сконструировать червяка 28
Поверхностное натяжение 28
Поведение существующих в природе мягких тканей 29
Коэффициент Пуассона, или как работают наши артерии 30
Надежность, или о вязкости тканей животных 31
Строение мягких тканей 32
Часть III. Конструкции в условиях сжатия и изгиба 32
Глава 8 32
Стены, арки и плотины, или башни, уходящие в облака, и устойчивость каменной кладки 32
Линии давлений и устойчивость стен 33
Плотины 35
Арки 35
Масштаб, пропорции и надежность 36
О позвоночнике и скелете 37
Глава 9 37
Кое-что о мостах, или святой Бенезе и святой Изамбар 37
Арочные мосты 37
Чугунные мосты 38
Арочные мосты с подвесной проезжей частью 38
Подвесные мосты 38
Линия давления в арках и подвесных мостах 39
Мостовые фермы с верхним криволинейным поясом 39
Глава 10 40
Чем хороши балки, или о крышах, фермах и мачтах 40
Фермы перекрытий 41
Фермы в кораблестроении 42
Консоли и шарнирно опертые балки 43
Фермы мостов 44
Напряженное состояние балок 45
Продольные напряжения в изгибаемой балке 45
Глава 11 46
Тайны сдвига и кручения, или "Поларис" и вечерние туалеты 46
Терминология 46
Стенка балки в условиях сдвига - изотропные и анизотропные материалы 47
Касательное напряжение - это растяжение и сжатие, действующие под углом +45°, и наоборот 48
Складкообразование 48
Кручение 49
Центр изгиба и центр давления 49
Глава 12 51
Различные виды разрушения при сжатии, или сэндвичи, весла и Леонард Эйлер 51
Предел прочности на сжатие, или разрушение коротких стержней и колонн при сжатии 51
Сравнение прочности материалов на растяжение и на сжатие 52
Прочность дерева и композиционных материалов при сжатии 52
Леонард Эйлер и выпучивание тонких стержней и пластин 54
Трубы, корабли и бамбук, или кое-что о локальной потере устойчивости 55
Листья, сэндвичи и сотовые конструкции 55
Часть IV. И последствия были… 56
Глава 13 56
Философия конструирования, или форма, вес и стоимость 56
Проектирование конструкций, работающих на растяжение 56
Сравнения веса сжатых и растянутых конструкций 57
Масштабные эффекты, или еще раз о законе двух третей 58
Каркасные конструкции против монокока 58
Надувные конструкции 59
Колеса со спицами 59
О выборе лучшего материала, или что такое "лучший материал" 59
Материалы, топливо и энергия 60
Глава 14 61
Катастрофы, или очерк об ошибках, прегрешениях и усталости металла 61
О точности расчетов на прочность 61
Проектирование с помощью эксперимента 62
Сколько она будет служить? 62
Усталость металла, мистер Хани и пр. 63
Катастрофы деревянных кораблей 64
Еще о котлах, сосудах давления и о кипящем в них масле 64
О вырезании дыр 65
Об излишнем весе 66
Аэроупругость, или тростник, колеблемый на ветру 67
Проектирование как прикладная теология 67
Глава 15 68
Эффективность и эстетика, или мир, в котором мы должны жить 68
Об эффективности и функциональности 70
О стилях и напряжениях 72
Об имитации, подделках и украшениях 73
Приложения 73
Приложение 1. О справочниках и формулах 73
Приложения 2-4 74
Приложение 2. Теория изгиба балок 74
Приложение 3. Кручение 74
Приложение 4. Эффективность стержней (колонн) и пластин при сжатии 74
Рекомендации для дальнейших занятий 74