Lujuusoppi, kasvattaisikohan tuo vaikka luonnetta?

Edellinen Seuraava

Liittyykö voitelutekniikka markkinointiin (vertaa saks. metrojunatehdas Siemens ja termi schmierung)? Sisältyykö katkaisuhoito konepajan työmenetelmiin? Onko lujuusoppi oppia siitä miten ihmisen/insinöörin mieltä vahvistetaan? Liittyykö lujuusoppi joogaamiseen ja lootusasennossa korkeilla intialaisilla vuorenhuipuilla meditointiin? No ei.

Lujuusoppi ("lujuuslaskenta") on muuten vaan harrastamisen arvoista, muun askartelun apuna. Tähän törmäsin koneenosien kurssin harjoitustehtävissä. Koneenosien suhteen tukeudutaan muutenkin vahvasti lujuusoppiin, kun on kyse esim. voimaliitoksista joiden täytyy kestää tietty melko mittava kuormitus. Kaikki liitokset eivät ole voimaliitoksia. Tehtävässä kyse on staattisesti kuormitetuista pienahitsausliitoksista. Kuormituksessa saa olla mukana myös suhteellisen pieni dynaaminen komponentti ja kuormitusta voidaan silti pitää staattisena.

Tässä käsitellyt rakenteet eivät ole läpihitsattuja eikä näitä hitsauksia toivottavasti tehdä erikoisen rasitettuihin kohtiin. Läpihitsattujen liitosten lujuutta ei normaalisti lasketa lainkaan koska luotetaan vanhaan nyrkkisääntöön "kyllä kallis ja hyvä hitsiaine sen kestää mitä se halpa paskarauta siinä vieressä". Perusaineen lujuus määrää läpihitsattujen rakenteiden lujuuden, ainakin kun kyse on tavallisista helposti hitsattavista rakenneteräksistä kuten S235 (vanha nimi Fe 37 tai Fe 360 tai St 37 jonka myötölujuus ReH on noin 235 N/mm2 ja murtolujuus Rm vähintään 360 N/mm2) ja S355 (vanha nimi esim. Fe 52 tai Fe 510 jonka myötölujuus ReH on noin 355 N/mm2 ja murtolujuus Rm vähintään 510 N/mm2).

Siunattu juttu muuten että rakenneteräksen murtolujuus on huomattavasti suurempi kuin myötölujuus. Niinpä sitkeä rakenne voi melko turvallisesti oirehtia muodonmuutoksin jo hyvissä ajoin ennen murtumistaan. Materiaalin sitkeys tarjoaa turvallisuusmarginaalin. Ikävää jos vaikkapa siltoja rakennettaisiin hauraasta materiaalista joka pritkahtaa kerrasta rikki ilman mitään edelläkäypää varoitusta jos sitä kuormitetaan hiukan liikaa.

Rakenteita ei tokikaan mitoiteta murtorajalle asti, eikä edes myötörajalle, koska emmehän halua normikuormalla rikkoa mitään tai aiheuttaa rakenteeseen tahallisesti pysyviä muodonmuutoksia. Kuormitus on tarkoitus pysyä materiaalin kimmoisella alueella niin että rakenne palautuu entiselleen jos kuormitus poistetaan, ilman pysyviä muutoksia. Silti on mukava tietää että lievähkössä ylikuormituksessa venähtäessään rakenneteräs vain parantuisi entisestään, tulisi normaalia lujemmaksi. Tällaista sisäänrakennettua turvallisuus-piirrettä ei välttämättä löydä ihan jokaisesta tekniikasta. Bill Gates voisi ottaa oppia Windows:iensa kanssa!

Mikään materiaali ei kestä mitä tahansa. Kaikki rakenteet saadaan lopulta hajoamaan ylikuormittamalla niitä riittävästi. Vaikka silta olisi monokiteistä timanttia, se rikkoutuisi liiallisessa kuormituksessa. Rakenteiden mitoittaminen on taidetta jonka täytyy perustua realistisiin spekseihin. Jos speksit ovat päin Turun Prinkkalaa niin ... voi voi sentään.

Jos rakenneteräksen läpihitsattu rakenne murtuu, niin luultavasti se murtuu perusaineen kohdalta eikä hitsaussaumasta. Onhan se ikävää jos on mitoitettu perusaine väärin, mutta hitsausvaiheessa sitä virhettä ei voi korjata. Hitsaustyön suorituksen todellinen laatu ei myöskään ole hitsausvahvuuksien mitoittajan vastuulla.

Erikoisteräkset voivat olla eri ihan juttu kuin "kakkarauta". Painesäiliöiden rakentaja joutuu perustelemaan päätöksensä eri tavalla, sillä hänen hitsisaumansa saattaa hyvinkin olla käytettyä erikoista perusainetta heikompi. Hänen on turha puhua halveksuvaan sävyyn erikoisesta materiaalistaan ä-ä -rautana.

Periaatteessa hitsisaumojen mitoitus on pitkälti kaikille hitsareille tutun a-mitan mitoittamista. Ajattelutapa on periaatteessa sellainen että pienahitsin kantava pinta-ala muodostuu suorakaiteesta jonka sivujen pituudet ovat tuo a-mitta sekä hitsisauman pituus. Kyseinen pinta-ala on 45° kulmassa jos levyt on hitsattu toisiinsa 90° kulmassa. Todellisen kuormittavan voiman suuntaa voi olla hankalaa ottaa laskennassa huomioon, joten standardi sallii myös yksinkertaistetun mitoitustavan jolla yleensä päästään aivan riittäviin tuloksiin. Yksinkertaistetussa laskutavassa kuorman suuntaa hitsisauman kantavaan pinta-alaan nähden ei tarvitse huomioida. Mitoitustapaan on rakennettu sisään turvallisuusmarginaali. Kuormittavan voiman suuruus tietenkin aina huomioidaan.

Työelämässä on pakko noudattaa standardeja. Niistä ei voi poiketa. Työelämässä ei ole kyse kenenkään yksityisasioista. Jos työtehtävään liittyy jokin standardi niin työssä sitä on pakko noudattaa, standardia ei voi korvata talonpoikaisjärjellä.

Minua vaivaava kysymys kuuluu miten väännöstä syntyvä leikkausvoima rasittaa liitosta. Toivon tässä analyysissä päätyväni johonkin myönteiseen ratkaisuun ja tietomääräni räjähdyksenomaiseen lisääntymiseen. No jaa, ehkä jonkinlainen toimiva ratkaisu sentään riittää.

Ongelmalliseksi kokemani tehtävä on kuvattu ohessa vanhasta oppikirjasta Koneenelimet ja mekanismit, mutta uudessa kirjassa se on oleellisesti samanlainen. Tässä ei käydä läpi koko ratkaisua, vaan ainoastaan ruoditaan erästä sen problemaattista kohtaa.

Oikeastaan tämä on vain sivujuonne tehtävän ratkaisussa koska leikkausjännityksen harkinnan lopputulos on kuitenkin sellainen että levyn keskikohdan yhteenlaskettu normaalijännitys ja leikkausjännitys eivät ylitä levyn yläreunalle laskettua vetojännitystä. Niinpä mitoitusta ei leikkausjännityksen vuoksi tarvitse muuttaa. Hitsisaumaan kohdistuva jännitys on suurin levyn yläreunassa koska momenttia aiheuttava kuorma vääntää sitä irti ja koko hitsisauma mitoitetaan tämän suurimman kuormituksen mukaan. Levyn alareunassa momentin vaikutus on itseisarvoltaan samanlainen, mutta siellä syntyvä puristus tuskin liitosta rikkoo. Veto on vaarallisempaa.

Koetanpa nyt kuitenkin keskittyä siihen sivujuonteen tenkkapoohon. Probleemaksi koen tekijän Sx arvon laskemisen jota tarvitaan leikkausjännityksen τyx kaavassa. Arvoksi on kirjassa saatu Sx = 105 mm3.

Levyn paksuus on tuossa s = 20 mm ja se on hitsattu kiinni h = 200 mm pituiselta matkalta.

Kaavassa Ix tarkoittaa neliömomenttia jolle on laskettu järkeenkäypä arvo Ix = 13,3·106 mm4 tutulla suorakaidelevyn kaavalla I = (s · h3) / 12. Tässä kaavaa vaan sovelletaan hitsausliitokseen eikä itse levyyn.

Minua on jäänyt askarruttamaan miten voi olla välitulos Sx = 105 mm3 kun s = 20 mm ja h = 200 mm .

Epätietoisuuden tuskassani käännyn Kaavaston, insinööriopiskelijoiden parhaan ystävän, puoleen. Valitettavasti en kuitenkaan tunnu saavan siitä tuskaani lievitystä.

Kaavasto koettaa valistaa että ...

S = laskentakohdan toisella puolella olevan
pinnan staattinen momentti painopisteakselin suhteen = Aa

Tämä määritelmä jättää minut aivan kylmäksi. Ei iske kipunaa miltään suunnalta. Ei tule warm and fuzzy feeling ( © Bruce Schneier ). Piirroksesta ei ole apua, en oikein ymmärrä sitä. Mihin piirroksen mitan a toinen pää on kiinnitetty? Missä kohtaa leveys on b? Miten tätä voisi soveltaa hitsausliitokseen? Selvästikään en ole opiskellut riittävän insinööriksi. Täytyy opiskella lisää. Muussa tapauksessa vakuuttava insinöörin kaikkitietävä ilme uhkaa jäädä saavuttamatta.

Olisiko ongelman avain sana painopisteakseli ? Painopisteakselin voi ajatella kulkevan keskellä tasapaksua levyä. Mutta luulenpa kylläkin että staattinen momentti S halutaan tehtävään liitoskohdan suhteen.

Tämä on mieltä kiihoittava salapoliisitehtävä.

Voisi ajatella että oikea kaava olisi Sx = (s·h2)/8 koska se tuottaa tehtävässä käytetyn arvon. Sellaista kaavaa en kuitenkaan lähteistä löydä. Kaavasto tuntuisi tarjoavan jakajaksi kuutosta jos taivutusvastus W (vastusmomentti) on tuolle ongelmalliselle suureelle S tässä yhteydessä käypä nimitys.

Ehkäpä tämä on hyvinkin helppo asia kun tätä tarpeeksi vatvoo. Staattista momenttia on kyllä selvitelty eräissä kirjoissa joten täytyypä konsultoida niitä. Ehkäpä niistä löytyy minulle aihepiirin syvällisempää ymmärrystä.


Suomen Pori - upea tulevaisuuden ahjo vaiko Helvetin esikartano?

Lauantaina 05.03.2016 puolen päivän aikaan oli Porin kauppatorilla jonkinlainen mielenosoitustilaisuus. Sen yhteydessä oli yleisölle tarjolla ainakin kahvia ja mehua esiintymislavan vierellä. Tapahtuman järjestäjä lie ollut Joukkovoima -niminen porilainen taho, jota en sen paremmin tunne.

Havaitsin tämän ohi kulkiessani. Siellä oli sana vapaa. Yleisö olisi ilmeisesti halutessaan päässyt kuuluttamaan sanomaansa kaikelle kansalle äänentoistolaitteiden avustuksella. En ehtinyt tutustua tapahtumaan sen paremmin. Puhujaksi korokkeelle yleneminen olisi sitäpaitsi edellyttänyt edes jonkinlaista valmistautumista.

Tämä on luullakseni poliittinen, mutta puolueiden ulkopuolinen yhdistys. Eräs puhuja vaikutti persuihin pettyneeltä ja epäilemättä syystä. Onkin todella hämmästyttävää miten kaikki hiukankin merkittävämmät puolueet maassamme onnistuvat olemaan hyväosaisten puolueita. Poliitikkojen ainoa huoli tuntuu olevan ankara työvoimapula maassa jossa työttömiä lie kaikkiaan jo kolme ja puolisataa tuhatta.

Tässä ökyisäntien ja AY-politrukkien vaivaamassa maassa eivät tulevaisuudennäkymät ole kaakoisetkaan. Yltäkylläisyydessä rypeviä pääomapiirejä, poliitikkoja ja virkamiehiä asia ei tunnu haittaavan. Kaiken pitäisi olla niin ylettömän hienoa ja täydellistä jos ollaan työssä, mutta työn ulkopuolella kansa saa varmaan jatkossa pärjäillä omillaan tai sitten olla pärjäilemättä, se ei ole valtaapitävien ongelma. Valtaapitävien norsunluutorneihin ei kansan parku yllä.

Onhan se hyvä että Suomen vakavaan tilanteeseen reagoidaan edes tällä tavalla. Useimmat vakiintuneet poliittiset tahot vain kyräilevät omia hyviä asemiaan varmistellen. Yhteistä etua ei aja kukaan, eikä tule koskaan ajamaan. Yhteinen etu on pelkkää huijausta. Hyväosaiset osaavat ajaa omaa etuaan varsin tehokkaasti. Huono-osaiset nähtävästi pääosin jättävät oman etunsa ajamatta. Tämä on verovirkailijoiden, ulosottomiesten ja muiden hyeenoiden, raadonsyöjien ja verenimijöiden kulta-aikaa.

Maassa on kaikkien aikojen vihamielisimmin opiskelijoihin, köyhiin ja työttömiin suhtautuva hallitus. AY-politrukit kyllä pystyvät pitämään puolensa, heillä ei ole hätää. Moniko heidän kannattajistaan jää työelämään heidän vierelleen, se on toinen juttu. Odottaisin konkurssiaaltoa, joukoittain lomautuksia ja irtisanomisia. En välttämättä usko että tähän olisi rauhanomainen ratkaisu olemassa. Suomi saattaa olla menossa kohti sisällissotaa.

Tässä ökyisäntien ja AY-politrukkien taistelukenttänä toimivassa maassa on vaikea nähdä miten toimeentulo olisi jatkossa hankittavissa. Lapset heitetään pesuveden mukana menemään, se on jo normi. Hallitus ja AY-politrukit haluavat saada kuvaelman näyttämään siltä kuin he sparrailisivat keskenään. Todellisuudessa molemmat pelaavat yhdessä köyhiä ja työttömiä vastaan. Työtä on vaikea saada, opiskelu olisi ainoa järkevä tie eteenpäin. Jatko-opiskelu ei kuitenkaan onnistune ilman insinöörin tutkintoa. Tutkintoa puolestaan ei voi saada ilman hyväksyttyä opinnäytetyötä. Opinnäytetyön taas voi tehdä vain ja ainoastaan työelämässä. Sellainen on noidankehä. Ei työpaikkaa, ei opinnäytettä, ei tutkintoa, ei työtä eikä jatko-opiskelua, ei mitään.

Ammattikorkeakoulun opinnäytetyölle perustuva tutkintosysteemi on sikäli väärin rakennettu opiskelijan ja uuden yritystoiminnan kannalta. Se palvelee vanhan teollisuuden tarpeita. Systeemi perustuu entuudestaan olemassa olevan teollisuuden tarpeille ja olemassaolevalla teollisuudella ei niitä tarpeita ihan sillä tavalla ole. Vanha savupiipputeollisuus ei tarvitse opiskelijoita, se pärjäilee omillaan. Uuden kasvun mahdollisuudet olisivat aivan uudessa yritystoiminnassa, mutta sitähän ei ole vielä olemassa. Eikä vanha teollisuus edes toivo että mitään uutta pääsisikään nousemaan, koska sehän voisi kilpailla heidän kanssaan ja kaventaa heidän limppuaan. Eivät kai tehdaspatruunat halua leipää omasta suustaan pois vetää.

Jos ei ole työtä niin ei ole mitään ja mikä vielä pahempaa : ei voi myöskään saada mitään. Ystävämme AY-politrukit pitävät huolta siitä että työelämän kynnys säilyy korkealla. Ystävämme poliitikot pitävät näkyvästi esillä sitä ainoaa ongelmaa jonka he suostuvat näkemään: Työvoimapula, ankara pula työntekijöistä! Juu, mainittu 350000 vailla työpaikkaa olevaa suomalaista ei ilmeisesti riitä tyydyttämään sitä karmeaa työvoimapulaa jonka poliitikot sielunsa silmin näkevät uhkaamassa koko talousjärjestelmää. Muita ongelmia ei ole.

Enää en ihmettele miksi vain noin 40% ammattikorkeakoulun aloittaneista on suorittanut tutkinnon. Lopuilla eli enemmistön 60%:lla ei ole siihen käytännön mahdollisuutta. Pitäisi kai ryhtyä tosissaan varautumaan elämän jatkamiseen jollakin muulla keinolla koska nämä viimeisenä työelämään mahdollisesti johtavana oljenkortena aloittamani insinööriopinnot vaikuttaa sekin olevan ansa, toivoton umpikuja joka johtaa korkeintaan vaivaistaloon tai velkavankeuteen? Olemassaoloani en kuitenkaan suostu häpeämään. Hävetkööt erilaisista verovaroista ja pakkomaksuista hyvin palkatut virkamiehet, ulosottomiehet, verovirkailijat, sosiaalityöntekijät, poliitikot, AY-politrukit ym. totaalisen tarpeettomat sukankuluttajat.

Virallinen opiskelu voi piankin muuttua mahdottomaksi, mutta todellisuudessa tulen opiskelemaan aina. Varmaan se ökyisäntä-pääministeri Sipilää ja kumppaneita harmittaa, mutta harmittakoon vaan. Minuun ei sattuisi lainkaan vaikka Sipilä ja kumppanit - tuo epäpyhä allianssi - kärsisivät hyvinkin paljon. Paremminkin päinvastoin, olisin suorastaan iloinen.


Näyttely Porin pääkirjastossa



Mittava vanha taulu Tiedepuisto B:n pääsisäänkäynnin lähellä


Oho, tuolla auditorion viereisellä seinätaideteoksella taitaa tulla 50 vuotta täyteen tänä vuonna 2016. Se on taulu parhaassa iässään? Sen täytyy olla tuttu näky monelle insinööripolvelle. Taulun koko on öbauttiarallaa 6 metriä * 2 metriä.


Galleria