SZLAKAMI HISTORII 1 - Kresy.

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

     GDZIE  NA ŚLIZGACH LODOWYCH  ŻEGLOWALI  POLSCY  STUDENCI 

                               PRZED 1940 ROKIEM --  JEZIORO  DRYWIATY

Oczywiście lista akwenów jest bardzo długa, ale przed 1940 rokiem do żeglowania na bojerach wykorzystywano akweny, które obecnie znajdują się poza granicami Polski, i opisowi  tych akwenów poświęcimy kolejne blogi.

Dzięki  szczęśliwemu zbiegowi okoliczności  stałem się posiadaczem dwóch  wydawnictw, i dlatego mogę się z czytelnikami bloga podzielić nabytą wiedzą. Pierwsza pozycja to książka Józefa Czekana ,,Historia Powiatu Brasławskiego XX stulecia”wydana w Kętrzynie w 2001 roku   ISBN 83-861 99-75-X , a druga to  informator Wystawy ,, Brasławszczyzna   Kresy Kresów II Rzeczypospolitej”  Muzeum Etnograficzne w Gdańsku Oliwie   listopad 2004 – marzec 2005 ISBN 83-88669-56-7 .

Poniższy tekst jest zacytowany z drugiej pozycji ze strony 56, a załączony wycinek  mapy 1:100000 pochodzi z książki Józefa Czekana ps. ,,Vis”:

,, Brasławszczyzna z uwagi na swój jeziorny charakter przed wojną zdobyła sobie miano ,,Finlandii II Rzeczypospolitej”. Największe z brasławskich  jezior Strusto-Snudy rozciąga się na obszarze 63.5 kilometrów kwadratowych, a znajdujące się nieopodal  Brasławia  Drywiaty 37.8 kilometrów kwadratowych. Brasław zewsząd otoczony jest jeziorami, które ciągną się w stronę Słobódki. Nic więc dziwnego, że teren ten zastępował w okresie międzywojennym Mazury, których wówczas nie było w granicach Polski. Krajobraz Brasławszczyzny wyrzeźbił lodowiec. Wśród zieleni lasów, trzcin, bagiennej roślinności, złota pól dominuje błękit wszechobecnych jezior. Specjalnego kolorytu dodają wkomponowane w krajobraz, różnokolorowe drewniane domy. Każdego roku wzrastała popularność pływania po systemie jezior brasławskich. Kto raz tu przyjechał, chętnie potem wracał. Ziemię Brasławską upodobały sobie bociany, które dużymi grupami przylatują do dziś do tej nieskażonej pierwotnej przyrody. W Brasławiu i innych malowniczych miejscowościach zaczęły lokować się latem obozy studenckie, uczniowskie, sportowe  z Wilna, Warszawy i innych miast Polski. Wraz z napływem turystów rozwijało się żeglarstwo, bojery, kajakarstwo, a nawet sport szybowcowy z uwagi na dobre miejsca startowe. Z inicjatywy płk. Gilewicza teren brasławski zaczynają odwiedzać studenci  z Centralnego Instytutu Wychowania Fizycznego...”

Dalsze wiadomości na temat warunków do uprawiania sportu  w Brasławiu przytaczam w skrócie na podstawie podanych pozycji.

Przed rokiem 1940  w mieście funkcjonowały trzy hotele oraz Schronisko Szkolne i Dom Sportowy a w 1938 roku rozpoczęto budowę dużego domu noclegowego. Turyści zatrzymywali się również w licznych dworkach.

Turyści z atrakcji Brasławszczyzny  korzystać mogli także zimą  podczas której można było wędrować na nartach, ślizgać się  na bojerach, polować.  Zimą na lodzie jeziora odbywały się regaty bojerowe z udziałem nawet kilku dziesiątek ślizgów. W Brasławiu powstała duża przystań jachtowa Ligi Morskiej i  Kolonialnej, i dwie mniejsze przystanie, boiska tenisowe, koszykowe, siatkowe, strzelnica (obozy męskie i żeńskie Przysposobienia Obronnego i studentów CIWF) oraz lotnisko szybowcowe o dobrych warunkach do długotrwałych lotów. Dojazd do Brasławia z Wilna autobusami, przynajmniej jeden kurs dziennie.

A jak z warunkami lodowymi. Długotrwała zima i opady śniegu powodowały, że sezon bojerowy zaczynał się dopiero po pierwszych odwilżach  ale trwał bardzo długo nawet do początków maja.  Z reguły trwałe warunki lodowe utrzymywały się do ruszenia lodów, do czego potrzebne było ocieplenie i silne wiatry.  W 1938 roku lody ruszyły 8-go maja.  To miesiąc  później niż obecnie na Mazurach kończy się sezon bojerowy przy najbardziej sprzyjających warunkach. 

      Opracowano 16 stycznia 2018 r  w Gdańsku     

      Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego       

CZY MATEMATYKA MOŻE POMÓC ZMNIEJSZYĆ OPORY PŁÓZ?

Witold Kurski  -- były zawodnik bojerowy

            ANALIZA PROFILU OSTRZA PŁOZY BOCZNEJ  J. ADSTENA

W sezonie zimowym 2009 roku w wyniku dyskusji autora ze swoim magistrantem  z Akademii Wychowania Fizycznego w Gdańsku Darkiem Koseckim mieszkańcem  Chojnic,  doszliśmy do wniosku,  że należy  opracować  metodę pozwalającą na ocenę kształtu ostrza płozy bojerowej. Znając kształty ostrzy płóz czołowych zawodników można będzie wyprowadzić wnioski ważne dla prawidłowego ostrzenia płóz. Wyszliśmy z założenia, że zawodnicy wygrywający regaty lepiej przygotowują sprzęt niż zawodnicy z ostatnich pozycji, a więc  ostrząc płozy należy wzorować się na mistrzach. Trzeba tylko pomierzyć ostrza płóz mistrzów  i  określić  kryteria liczbowe do  oceny kształtu ostrza. Uznaliśmy, że dla płozy  najważniejszy  jest profil ostrza, a inne czynniki,  jak kąty zaostrzenia ostrza oraz  długości i usytuowanie DEAD FLAT  za  kolejne w hierarchii ważności.  Podzieliliśmy się  pracą.

Darek na przystani w Charzykowych budował stanowisko pomiarowe do pomierzania współrzędnych ostrza, ja zaś przygotowałem program obliczeniowy do obróbki tych danych. Moim zdaniem kształty ostrzy płóz doskonale wpisują się pod krzywe potęgowe i dlatego opracowałem program do regresji potęgowej. Ze znajomości  współrzędnych  kilkunastu  punktów ostrza płozy,  w  wyniku analizy regresji,  uzyskujemy wartości potrzebne do wykreślenia profilu ostrza według krzywych potęgowych. 

Pod koniec sezonu  program był gotowy,  a stanowisko pomiarowe jeszcze  nie, bowiem Darek  cały czas zajmował się swoimi zawodnikami  z którymi  jako  ich trener  odnosił  sukcesy.  Zacząłem szukać w internecie  liczbowych danych dla profili ostrzy płóz  i znalazłem w opisie płóz Jana Adstena potrzebne rzędne.  Wpisałem je jako dane do programu. W wyniku analizy regresji dla przedniej części płozy otrzymałem dla współrzędnej  l1 = 475 mm ugięcie h1 = 2.1 mm oraz wykładnik potęgowy m1 = 2.94, a dla tylnej części płozy  dla l2 = 325 mm ugięcie h2 = 0.4 mm oraz wykładnik m2 = 2.62.  A więc h2 jest na poziomie 20 procent h1.  Ale tylna część płozy jest krótsza od przedniej.  Aby łatwiej  było porównywać profile płóz  przedłużyłem przepis z regresji dla tylnej części płozy do współrzędnej l*2 = 475 mm i gdyby płoza fizycznie  w tym miejscu istniała to ugięcie h*2 wynosiłoby 1.1 mm a więc 50 procent współrzędnej h1.  To może być reguła do projektowania kształtów  profili ostrzy płóz bojerowych. To wszystko opisałem na rysunku Fig.1. 

Wyliczone zostały również promienie krzywizny ostrza na współrzędnej x1= 190 mm i na współrzędnej  x2 = 190mm. Promień krzywizny tylnej części ostrza  u płozy J.Adstena jest nieco większy  niż przedniej części ostrza. Promienie  R wynoszą odpowiednio  72 metry

i 85 metrów. Nie mogliśmy ocenić, bo nie mieliśmy odpowiedniej wiedzy czy takie powinny być wyniki dla  poprawnie ostrzonej płozy, ale uznaliśmy je ze względu na doświadczenie J.Adstena za wzorcowe. Nadeszła wiosna 2009 r., schowaliśmy bojery, Darek dokończył budowę stanowiska pomiarowego,  patrz rys Fig.2, i rozpoczęliśmy pomiary

Pierwsze  pomiary wykonaliśmy  na  płozach bocznych ostrzonych  przez Darka  dla jego zawodników.

Dla płóz bocznych  rzędna   h1 =  1.4 mm wykładnik m1   2.4 <  m1  < 2.6

                               Rzędna   h*2 =  1.8 mm wykładnik m2  3.6 <  m2  < 4.6

 Wysoka wartość m2 oznacza że tylna część ostrza jest bardzo płaska ma    więc bardzo duże promienie R ponad dwukrotnie większe niż przedniej części płozy. Płozy ostrzone przez Darka  przeznaczone były na gładki twardy lód. Ich ostrza są bardziej płaskie niż u płozy J. Adstena.  Również wykładniki potęgowe  dla tylnej części płozy blisko dwukrotnie większe niż przedniej części płozy były zgodne z naszymi oczekiwaniami.

Dla płóz sterowych obydwa wykładniki m były mniejsze, pomiędzy  2.2  i 2.6  i te wartości były również zgodne z naszymi oczekiwaniami.

Następnie już w 2010 roku Darek pomierzył kilkanaście płóz czołowych  polskich zawodników zajmujących pozycje w pierwszej piątce mistrzostw świata. Dane zostały opracowane i przedstawione,  za zgodą zawodników,  braci bojerowej w  2010 roku w Nieporęcie bez wskazywania inicjałów zawodnika do którego należała dana płoza. Ostrza  płóz poszczególnych zawodników,  zależnie od ich przeznaczenia, różniły się między sobą, co jest rzeczą naturalną, ale na żadnej z płóz nie wyłapano odchylenia, które można by zaliczyć do ekstrawagancji.  

Jaki stąd wypływa wniosek? Mimo różnic w  naostrzeniu płóz, żaden z zawodników,  których płozy badano,  nie popełnił znaczącego błędu,  przy ich ostrzeniu i montażu, bo natychmiast byłby wyeliminowany z mistrzostw.  Aby wygrywać to oprócz umiejętności przygotowania sprzętu,  trzeba jeszcze umieć żeglować na bojerze, walczyć i mieć trochę szczęścia, nie wspominając o koniecznych cechach psychofizycznych. I to jest piękne w naszym sporcie.             

              

Skorygowano  10 stycznia 2018 r. w Gdańsku.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

 Powyższy tekst  jest fragmentem  referatu: „OPTYMALNE PROFILE OSTRZY PŁÓZ”  wygłoszonego kadrze bojerowej na  kursokonferencji środowiskowej w Gdańsku, 7--8 listopada 2009 r.

Pełnego tekstu referatu proszę szukać na stronie   http://www.bojery.pl/

CZY PŁOZY III GENERACJI PODBIJĄ ŚRODOWISKO BOJEROWE?

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

  EWOLUCJA  KONSTRUKCJI   PŁÓZ W ŚLIZGU BLOKART 

Przygotowane dla  kadry bojerowej na spotkanie środowiskowe w 2016 r.

W poprzednich wpisach na blogu  analizowano  efekty kinematyczne, statyczne i dynamiczne występujące  przy pochylonym trzonie sterowym na ślizgu lodowym. Rozważano efekty kinematyczne występujące podczas postoju ślizgu oraz efekty dynamiczne w ruchu  również dla ślizgu Blokart, którego trzon sterowy ma nadzwyczaj duże odchylenie od pionu bo wynoszące sześćdziesiąt stopni. Wykazano, że dzięki wysunięciu płozy sterowej przed oś obrotu  trzonu sterowego powstaje   na sterownicy silny moment przywracający od  ciężaru ślizgu, bardzo pożądany w tego typu ślizgach, a równocześnie wyeliminowano niekorzystne efekty dynamiczne  w ruchu ślizgu podczas  zmiany kierunku ruchu przy dużej  prędkości.

Konstrukcja ślizgu Blokart i zastosowane  nowe rozwiązania są pod względem technicznym na tyle ciekawe, że uznaliśmy je za warte szerszego omówienia. Dotyczy to wprowadzonego do Blokarta rozwiązania nowego typu płóz bocznych. Twórcy tego rozwiązania, mieszkańcy Antypodów,  mają  u siebie lód jedynie w zamrażalnikach i niewielki kontakt z bojerami, dlatego przy szukaniu nowych rozwiązań do ślizgu lodowego, nie musieli  pokonywać psychicznych barier jakie mieliby rutynowani fachowcy.   

  

Mankamenty  pierwotnych  rozwiązań Blokarta, (patrz Fig.1 i Fig.2) to zbyt mała stateczność  ślizgu i niezdolność do żeglugi przy warstwie śniegu powyżej czterech centymetrów. Obydwa problemy rozwiązali konstruktorzy Blokarta, wprowadzając  w roku  2014 płozy o zupełnie nietypowej konstrukcji, przy minimalnych zmianach w konstrukcji reszty ślizgu. Rozstaw ostrzy płóz zwiększono. Wysokość płóz pozwala teraz  pokonywać zaspy do 10 centymetrów wysokości. Te rozwiązania pokazano na Fig.3  i Fig.4.  Być może, wskazują one na prawidłowy kierunek  w którym powinien iść rozwój płóz bojerowych.

Nazwa płozy trzeciej generacji sugeruje, że wcześniej musiały być płozy drugiej generacji, ale nie udało się od producenta uzyskać informacji o tym rozwiązaniu.    

Skorygowano 19 grudnia 2017 r. w Gdańsku

Opracował na blogu -  Paweł Kurski -- fan żeglarstwa lodowego

       

Przyczyny złamań masztów bojerowych czyli dlaczego na regatach zdarzają się wypadki?

 Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

O NIEBEZPIECZEŃSTWIE ZNISZCZENIA  CIENKOŚCIENNEJ POWŁOKI MASZTU  ŚLIZGU LODOWEGO   WSKUTEK WTÓRNEGO ZGINANIA

Prezentowane  kadrze  bojerowej w Kiekrzu, 18 -19 października 2008 r.

Wstęp

W analizach wytrzymałościowych konstrukcji zwartych pomijanie deformacji przekroju poprzecznego nie prowadzi do zauważalnego w praktyce zmniejszenia dokładności obliczeń. Tak jest w przypadku zwartych belek, masztów drewnianych i innych dźwigarów.

Stosowanie konstrukcji o ściankach cienkich w porównaniu do ich wymiaru poprzecznego stwarza problem przemieszczeń tych ścianek, a więc deformacji przekroju poprzecznego. W ściankach powstają tak zwane naprężenia od wtórnego zginania, a deformacja przekroju poprzecznego skutkuje również zmniejszeniem sztywności całej konstrukcji. Problem określania  naprężeń od wtórnego zginania nie należy do elementarnej wytrzymałości i choć ta specjalistyczna wiedza jest nieustannie serwowana studentom wydziałów budownictwa lądowego i okrętownictwa oraz przyszłym konstruktorom samolotów, to szerszemu ogółowi jest mało znana. Wprawdzie wszyscy wiedzą, że zginając cienką rurkę spowodujemy przed złamaniem jej  spłaszczenie, ale aby przewidzieć przebieg zjawiska i zastosować środki zaradcze to trzeba  sięgnąć do teorii i wykonać niełatwe obliczenia. Problem dotyczy zarówno przekrojów o profilach otwartych jak i zamkniętych i jest silnie nieliniowy. Naprężenia od wtórnego zginania wzrastają nieproporcjonalnie szybciej niż  naprężenia nominalne bowiem zmieniają się z ich kwadratem, co jest bardzo nieprzyjemną niespodzianką.

Z całą ostrością problem ten wystąpił w konstrukcjach lotniczych, gdy zaczęto budować samoloty stosując cienkościenne poszycie metalowe i został bardzo szybko rozwiązany teoretycznie i praktycznie już w okresie międzywojennym. Ten sam problem występuje w ściankach zginanego masztu ślizgu DN.

Aby zapobiec wtórnemu zginaniu kadłuba zaczęto stosować wręgi, które oblicza się między innymi na obciążenia  od wtórnego zginania  co  zapobiega spłaszczeniu kadłuba. W Polsce problem wtórnego zginania  dla belki cienkościennej o przekroju kołowym,  pierwotnie prostoliniowej rozwiązał Maksymilian Tytus Huber w 1930 roku, a następnie dla innych przekrojów takich jak skrzynkowe i  eliptyczne ale już po wojnie.

Rozwiązania dla wtórnego zginania belek o osiach pierwotnie  zakrzywionych można znaleźć w monografii profesora Z.Brzoski p.t. ,,Statyka i Stateczność Konstrukcji Prętowych i Cienkościennych”. Te rozwiązania profesora Brzoski mogą być przydatne przy konstruowaniu  osprzętu żaglowców z wygiętymi gaflami.

Zjawisko wtórnych obciążeń w cienkościennych konstrukcjach

W przypadku zakrzywienia cienkościennej rury działające  na nachylone przekroje poprzeczne  naprężenia normalne  wytwarzają obciążenia  starające się spłaszczyć przekrój poprzeczny. To zakrzywienie rury o osi pierwotnie prostej powstaje  jako skutek odkształceń pod wpływem zginania.

Powstawanie obciążeń wywołujące wtórne zginanie

Wielkość obciążeń wtórnych jest proporcjonalna do odległości ,,z" od osi zginania i skierowana ku osi obojętnej zginania.  Rura spłaszcza się pod wpływem wtórnych obciążeń.

Oznaczmy:

r       -- średni promień rury.

d      -- grubość ścianki rury.

Mn   -- moment gnący cienkościenną rurę.

Jy     -- moment bezwładności przekroju poprzecznego zginanej rury względem osi y .

E     -- moduł sprężystości materiału rury.

sn  --  naprężenia nominalne od zginania rury momentem Mn.

Wytnijmy z cienkościennej rury pierścień o jednostkowej długości.

Obciążenie poprzeczne wytwarza w pierścieniu momenty gnące  Mo i  M90  patrz rys.2 skutkiem czego powstają naprężenia wtórnego zginania:         

  Naprężenia wtórnego zginania w rurze kołowej są jednakowe w przekroju poziomym i pionowym, tylko różnią się efektem działania.  Na osi obojętnej zginania ścianki zakrzywiają się mocniej ale cała rura  spłaszcza się przyjmując początkowo kształt podobny do elipsy.

Przykład 1

Rura z laminatu  poliestrowo szklanego  o średnicy 10 cm, o grubości ścianek 4 mm na którą działa moment gnący wywołujący  naprężenia nominalne o wartości  300 MPa. Wtedy  powstające naprężenia wtórnego zginania wynoszą 168.8 MPa.  A więc pojawił się problem wtórnego zginania w takiej rurze. Jeślibyśmy zwiększyli naprężenia nominalne zginania  do  400 MPa, to naprężenia wtórnego zginania wzrosłyby do 300 MPa. Problem jest więc bardzo poważny nawet w rurze o przekroju kołowym.

Wzory obliczeniowe dla naprężeń w rurze o  przekroju eliptycznym

Wzory do obliczania naprężeń od wtórnego zginania są przedstawione na rysunku 3.  Odmiennie niż w rurze kołowej naprężenia nie są jednakowe w płaszczyznach symetrii,  co rozpoznajemy po wartości współczynników podanych w tabeli 1.

Do wyznaczenia współczynników w podanych wzorach autor posłużył się programem

MES wykorzystując FEMAP-NASTRAN wykorzystując Solver do obliczeń nieliniowych.  Wyliczone współczynniki ko i k90   w zależności od stosunku półosi zestawiono poniżej.

                 Stosunek półosi a/b     1.0     1.2     1.4     1.6     1.8       2.0      3.0

                  współczynnik  ko      1.50   2.13   3.00   4.03   4.99     6.29  15.11       

                  współczynnik  k90     1.50   1.98   2.61   3.31    3.91    4.74  10.00

Największe naprężenia wtórnego zginania belki o przekroju eliptycznym działają na osi obojętnej zginania to jest na dużej osi elipsy. W tym przekroju działają ponadto naprężenia ściskające od wtórnych obciążeń.

Jeżeli naprężenia wtórne w tym przekroju spowodują pękanie materiału masztu to pęknięcia są widoczne bo pojawią się na zewnętrznej powierzchni poszycia.

Natomiast jeśli pęknięcia pojawią się w miejscu działania momentu  M90 to pojawiają się one na powierzchni wewnętrznej i są niewidoczne dla obserwatora,  a jedynym zauważalnym objawem jest zmniejszenie sztywności masztu.

Środki zapobiegające skutkom naprężeń od wtórnego zginania w lotnictwie:

Stosuje się wręgi oraz konstrukcje przekładkowe bardziej odporne na wtórne zginanie niż pojedyncze poszycie. W miejscach załamań poszycia stosuje się ścianki podpierające żebra.

Środki  zapobiegające w budownictwo okrętowym  i żeglarstwie

Podobnie jak w lotnictwie stosuje się wręgi oraz podpierające ścianki zwane węzłówkami. W żeglarstwie najbardziej istotne są jednak maszty.

Maszty drewniane -- problem nie istnieje ze względu na zwarty przekrój i dużą grubość ścianek.

Maszty stalowe statków żaglowych -- towarzystwa klasyfikacyjne kierując się wymaganiem zabezpieczenia ścianek masztu przed lokalną utratą stateczności wprowadzają ograniczenia na stosunek  r do d , który  ma wynosić poniżej 27, lub winny być wprowadzone wewnętrzne  usztywnienia.  To wymaganie zabezpiecza również powłokę masztu przed naprężeniami od wtórnego zginania.

Maszty aluminiowe -- dla masztów aluminiowych zalecany stosunek  r do d ma wynosić

poniżej 16,  a w przypadku stosunku  r do d większego niż 16 stosuje się lokalne zgrubienia ścianek, jak to robi firma PROCTOR. To wymaganie zabezpiecza również powłokę masztu przed naprężeniami wtórnego zginania i mimo, że są one znacznie większe niż w masztach stalowych  to pozostają na dopuszczalnym poziomie jeśli przekrój masztu jest kołowy lub do niego zbliżony.

Dla masztów aluminiowych o przekroju eliptycznym problem wtórnego zginania jest bardzo poważny, a podane wzory i tablice umożliwiają bez trudności sprawdzenie odporności masztu na wtórne naprężenia.

Maszty laminatowe -- problem wtórnego zginania  elastycznych masztów ślizgu lodowego jest bardzo poważny, ponieważ ścianki są cienkie, a działające naprężenia nominalne bardzo wysokie co skutkuje wzrostem naprężeń wtórnych. Dotyczy to masztów z laminatu opartego o włókna szklane. Laminat z użyciem włókna węglowego charakteryzuje się  w stosunku do laminatu z tkanin szklanych ponad dziesięciokrotnym wzrostem modułu sprężystości Younga i można liczyć na moduł  E = 120000 MPa. Jest to o ponad 50 procent więcej niż dla aluminium, co w większości przypadków zgięcia masztu, odsuwa problem zginania wtórnego. Zawsze jednak należy wykonać obliczenia kontrolne.

Do wzrostu naprężeń wtórnych w zginanym maszcie może się przyczynić efekt związany z kształtem przekroju poprzecznego np. eliptycznym.

Podane wzory i dołączone tablice współczynników umożliwiają dokładne obliczenie wtórnych naprężeń. Jeśli będą one stanowiły problem, to może być rozwiązany  na wiele sposobów, jak np. zastosowanie wewnętrznych ścianek  podłużnych lub poprzecznych.

Bardzo prosto problem wtórnych naprężeń można rozwiązać przez wprowadzenie wewnętrznych wkładek zapobiegających spłaszczeniu profilu. Ponieważ przy zginaniu ścianki profilu zbliżają się do siebie, to wkładki nie muszą być przyklejone. Wystarczy wsunięcie i unieruchomienie po długości.

                                                                       

Skorygowano  6 grudnia 2017 r. Gdańsk. 

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

Czy Dan Schutte ma rację?

Witold Kurski  - były zawodnik bojerowy

               WPŁYW ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCJI PŁOZOWNICY

                         NA JEJ CHARAKTERYSTYKI  UŻYTKOWE

 

Prezentowane kadrze bojerowej na Spotkaniu Środowiskowym  Gdańsk 7-8  XI 2009 r.

Wstęp

Pod wpływem obciążenia o wartości równym ciężarowi zawodnika przyłożonym w przekrojach burt na ślizgu lodowym, płozownica winna uginać się około 32 mm lub nieco więcej i stąd podatność płozownicy dla zawodnika o wadze  60 kG powinna być  0.65 mm/kG a dla zawodnika o wadze 80 kG tylko  0.40 mm/kG. Te sprawy opisuje dokładnie Uwe Dieckmann, G 600 w artykule ,,USTAWIANIE DNa - Propozycja jednolitych metod pomiarowych”. Tłumaczenie Agnieszki Szumowskiej  tego artykułu znajduje się na stronie www.bojery.pl , a podatność płozownicy w słownictwie zawodników nazywa się ,,stałą płozownicy . Te kanony uległy zmianie gdy zaczęto stosować wyginające się maszty i obecnie zawodnicy stosują płozownice wyginające się pod ciężarem zawodnika o 50% więcej, nawet do 47 mm. Taka płozownica współpracuje dobrze z wyginającym się masztem, ale za bardzo jej środek przybliża się do lodu. Stąd poszukiwania konstrukcji płozownicy zachowującej się nieliniowo.  Odpowiedzi na pytanie, czy  na drodze zmian konstrukcyjnych w płozownicy można ten efekt  osiągnąć jest poświęcone to opracowanie .

Opinie Dan Schuttego

W artykule Dan Schuttego (Nichtlineare Planke ) zamieszczonym zamieszczonym na  stronie internetowej  www.bojery.pl  możemy przeczytać, że poprzez zmianę kształtu płozownicy można uzyskać nieliniową  charakterystykę sztywności płozownicy. Uzyskanie takiej nieliniowej charakterystyki jest bardzo pożądane, gdyż przy  wzroście obciążenia, ugięcia  płozownicy rosną nieproporcjonalnie wolniej, a więc nie trąca ona śniegu przy ekstremalnych obciążeniach. Na poparcie swoich wywodów Dan Schutte nie przytacza jakichkolwiek wyników obliczeń lub  pomiarów, poza stwierdzeniem, że badana przez niego płozownica przy kolejnym wzroście obciążenia o 15 kg zaczęła  zachowywać się nieliniowo.

Nasuwają się więc pytania:

1. Czy rzeczywiście poprzez zmianę kształtu płozownicy można uzyskać jej nieliniową charakterystykę  w stopniu wystarczającym w żegludze ?

2. Czy opisany przez Dan Schuttego efekt mniejszych przyrostów ugięć przy wzrastającym obciążeniu, nie jest  spowodowany poprzez działanie więzów na stanowisku pomiarowym lub przez błędną interpretacje wyników pomiarowych przez Dan Schuttego.

W żegludze na ślizgu DN obserwujemy  pozorny wzrost sztywności płozownicy, który jest  rezultatem współpracy elastycznej płozownicy z wyginającym się masztem i jest zależny od napięcia szotów. Ten efekt opisał Dariusz Kosecki w swoich  pracach, trenerskiej  i magisterskiej.

Eksperyment numeryczny nr.1

Aby odpowiedzieć na pierwsze pytanie wykonano szereg przeliczeń płozownic o różnych kształtach, bowiem zamodelowanie nawet bardzo wyrafinowanej konstrukcji i wykonanie obliczeń jest nieporównywalnie mniej skomplikowane niż wykonanie płozownicy w drewnie i laminacie i późniejsze jej badanie w laboratorium wytrzymałościowym. Do obliczeń użyto Solvera { STATIC NONLINEAR}, z systemu obliczeniowego { FEMAP-NASTRAN}.

Do porównań zamodelowano płozownice (patrz rys.1)  o wymiarach jak dla DN w następujących wariantach:

Płozownica no. 1 w stanie nieobciążonym prosta, jako wzorzec porównawczy .

Płozownica no. 2  w stanie nieobciążonym z płynną krzywą. W tym stanie środek płozownicy znajduje się o osiem centymetrów wyżej niż końce.

Płozownica no. 3 w stanie nieobciążonym w środkowej części zupełnie prosta, z krzywiznami bliżej końców, tak jak zaleca to robić Dan Schutte. Podobnie jak u płozownicy no. 2 środek płozownicy w stanie nieobciążonym  znajduje się osiem centymetrów wyżej niż końce.

Płozownica no. 4, która gdy jest w stanie nieobciążonym to jej środek jak i końce znajdują się na tym samym poziomie,  lecz pośrednie przekroje są wyżej. Największe wyniesienie pośrednich przekrojów wynosi osiem centymetrów. W ten sposób stworzony został kolejny model do celów porównawczych.

Aby modele płozownic jak najlepiej przybliżały rzeczywiste warunki występujące w ruchu to podpory wprowadzające obciążenia ze strony lodu umieszczono na ostrzach płóz. Wtedy od sił ze strony lodu powstają dodatkowe momenty gnące i płozownica wygina się inaczej niż na stanowisku pomiarowym gdy nie zamontowano płóz.

Wyniki obliczeń dla ugięć płozownicy

Wszystkie płozownice zostały obciążone takim samym obciążeniem i tak samo podparte. Efekt nieliniowości określono na podstawie ilorazu ugięcia środka płozownicy przy całkowitym obciążeniu przez podwojoną wartość ugięcia tego samego miejsca przy działaniu połowy obciążenia. Dla płozownicy zachowującej się liniowo  wartość ta wynosi ,,1.0000".

Odejmując od otrzymanego ilorazu liczbę ,,1.0000"  otrzymujemy różnicę ,,R", która określa efekt nieliniowości. Po pomnożeniu tej różnicy przez ,,100” otrzymujemy wynik w procentach i te wartości podano dla każdej z płozownic.  Wartość ujemna ,,R" wskazuje że pod obciążeniem płozownica staje się sztywniejsza, zaś wartość dodatnia ,,R" wskazuje, że pod obciążeniem staje się coraz bardziej miękka.

Wyniki obliczeń zestawione na rys.1 wykazują, że wartości różnicy ,,R" dla wszystkich płozownic w tym również o kształcie zalecanym przez Dan Schuttego są dodatnie, a więc reklamowany korzystny efekt wzrostu sztywności jako związany wyłącznie z konstrukcją płozownicy nie występuje. Charakterystyki wszystkich płozownic są miękkie.

Wniosek jest prosty. Nie można osiągnąć charakterystyki sztywnej dla płozownicy wyłącznie na drodze zmiany jej kształtu. 

Ilustracja miękkiej charakterystyki jest pokazana na rys. 2.

Pozostaje więc wyjaśnienie w jaki sposób Dan Schutte stwierdził wzrost sztywności, i czy czasem nie zaszła pomyłka w interpretacji zjawiska. Wyjaśnić należy zastosowaną przez Dana Schuttego metodykę pomiaru:

1. Czy pomiar dokonywany był na stanowisku pomiarowym, czy też na ślizgu, bowiem współpraca płozownicy z masztem i kadłubem zmienia wynik pomiaru?

2. Czy przed rozpoczęciem pomiaru został wyeliminowany wpływ luzów w układzie zawieszenia ? W badaniach wytrzymałościowych ten problem załatwia tak zwane obciążenie wstępne.

3. Czy obsady płóz podczas obciążania miały możliwość ruchów poziomych?

 Brak możliwości przemieszczania się ostrzy płóz skutkuje pozornym zwiększeniem sztywności  płozownicy. Na rysunku 3 pokazano jak zachowuje się płozownica Nr. 2 gdy ostrza płóz nie mają możliwości swobodnego odsunięcia się. Są to również wyniki obliczeń zaserwowane przez Femap-Nastran. Sztywność płozownicy w kierunku pionowym wzrasta, zależnie od poziomej siły OB wywieranej przez lód na boczne powierzchnie ostrzy płóz. Te poziome reakcje  na płozach są kolejną przyczyną chwilowych wzrostów sztywności płozownicy w ruchu ślizgu. 

Wyniki obliczeń zmian odległości pomiędzy ostrzami płóz

Oglądając wyniki obliczeń serwowane przez Femap-Nastran znajdujemy przemieszczenia ostrzy płóz jakie mają miejsce podczas uginania się płozownicy. Wyniki zestawione poniżej przedstawiają dla wszystkich czterech płozownic zmianę odległości pomiędzy ostrzami płóz przy zmianie obciążenia z 50 procent maksymalnego obciążenia  (leżący w kokpicie sternik, znikome obciążenie żagla wiatrem) do stu  procent obciążenia (gdy płoza nawietrzna zaczyna odrywać się od lodu) (patrz rys.3). Poniżej przytoczone wyniki odnoszą się do przypadku gdy na ostrzu płozy nie działa dodatkowa siła pozioma OB..

1. Płozownica 1  DB = 16.8    mm.

2. Płozownica 2  DB = 22.5    mm.

3. Płozownica 3  DB = 23.8    mm.

4. Płozownica 4  DB = 17.2    mm. 

Różnice zmian odległości pomiędzy ostrzami płóz zależne od kształtu płozownicy są zauważalne. Najmniejsze zmiany występują u płozownicy nr.1, ale jej środek zbyt blisko przybliża się do lodu.

W następnej kolejności jest płozownica o kształcie skrzydła mewy.

 Płozownice nr. 2 i nr. 3  a więc i ta zalecana przez Dan Schuttego dają wyniki gorsze o 30 procent w stosunku do płozownicy o kształcie skrzydła mewy.

Wnioski z eksperymentów numerycznych

Obliczenia wykazały, że ugięcia środka  płozownicy wyizolowanej od ślizgu i badanej na stanowisku pomiarowym wprawdzie  zależą od jej kształtu ale różnice są bardzo małe wręcz drugorzędne, a wszystkie płozownice mają charakterystykę miękką.

Jednakże w ruchu ślizgu występują efekty współpracy pomiędzy  płozownicą, kadłubem, żaglem, masztem i podłożem, które powodują, że ugięcia płozownicy zmieniają się nieliniowo i to według przepisu dla charakterystyki sztywnej.

Wyodrębnić należy dwa zasadnicze efekty:

1. Przyłożenie siły poziomej OB ze strony lodu  na ostrzu płozy jest powodem, że ugięcia płozownicy zmieniają się nieliniowo. Siła OB. powstaje w ruchu ślizgu na skutek oddalania się od siebie ostrzy płóz przy poruszaniu się po nierównościach lodu. Ale rozchodzenie się ostrzy płóz skutkuje większymi oporami ruchu ślizgu. Pozostają dalsze poszukiwania efektywnych rozwiązań, które skutkują jak najmniejszymi zmianami odległości pomiędzy ostrzami płóz w czasie ruchu ślizgu. Płozownica o kształcie skrzydła mewy jest bardzo dobra.

2. Współpraca płozownicy z wyginającym się masztem co skutkuje zmianą geometrii układu i redystrybucją sił, dzięki czemu w ruchu ślizgu płozownica zachowuje się jakby miała charakterystykę sztywną .

Wnioski końcowe:

Poszukiwanie rozwiązań konstrukcyjnych płozownicy o nieliniowej charakterystyce jedynie na drodze zmiany jej kształtu nie rokuje powodzenia. Wyizolowana od ślizgu płozownica mająca  charakterystykę liniową,  po zamontowaniu do ślizgu i w czasie ruchu ślizgu będzie chwilowo zachowywać się  jak silnie nieliniowa i to z pożądaną charakterystyką sztywną, dzięki wymienionym wyżej efektom. Tu należy szukać właściwych rozwiązań.

Skorygowano 01 grudnia 2017 r.  w Gdańsku.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego.

ZJAWISKA LODOWE część II

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

ODDZIAŁYWANIE  ZMIAN  TEMPERATURY NA POWŁOKĘ LODOWĄ

W tym blogu omówimy jedynie  wpływ niektórych efektów termicznych na powłokę lodową.  Są one bardzo ciekawe z punktu widzenia teorii, jak pękanie lodu pod wpływem obniżającej się temperatury,  pełzanie lodu i wyrównywanie jego nierówności w przypadku ociepleń, a przy ponownym nawrocie mrozu po ociepleniach znów pękanie ale według zupełnie innych mechanizmów. Po ociepleniach górna  warstwa lodu przepojona wodą  rozszerza się gdy nadejdzie mróz i wyślizguje się na brzeg niszcząc drzewostan i  pomosty. Mniejsze pomosty ratują właściciele wyrąbując wokół nich lód, a na jeziorze  powstają spiętrzenia i torosy będące przeszkodą dla żeglugi.

Przy pękaniu lodu pod wpływem obniżającej się temperatury powstają zjawiska akustyczne, jezioro zaczyna przemawiać. Mechanizm jest prosty. Pod wpływem powstałej szczeliny naruszona zostaje równowaga na całym obszarze jeziora. W którymś miejscu  powstają warunki do zainicjowania kolejnej szczeliny i kolejny odgłos stamtąd dochodzi, i ta sytuacja się powtarza. Tak przemawia natura i ten rytm odgłosów jest podobny rytmu piania kogutów w porze letniej, jeśli we wsi w najbliższej okolicy jest ich więcej, jak to zauważyła jedna z kursantek na obozie bojerowym.

Warunki do zainicjowania pęknięcia i rozwoju szczeliny można badać wykorzystując teorię Griffitha, ale dla ogółu bardziej przejrzyste  będzie zastosowanie prostszych modeli z zakresu elementarnej teorii wytrzymałości a dokładniej płyty zginanej walcowo leżącej na podłożu sprężystym. Do obliczenia potrzebnych parametrów płyty i podłoża sprężystego należy skorzystać z rysunku Fig.1

 Mając do dyspozycji powyższy rysunek Fig.1 możemy od razu  obliczyć długość fali jaka

powstaje na lodzie jeziora. Należy tylko wykorzystać zależność  L a = 2 p.

Na lodzie o grubości 20 cm długość fali wynosi 44.6 metra , a na lodzie grubości  40 cm

długość fali wyniesie 61.6 metra. Przy jeszcze grubszym lodzie na przykład 60 cm długość fali wyniesie 103 metry. Z obserwacji jezior można stwierdzić, że kolejne pęknięcia powstają od siebie właśnie w takich odległościach i są one odpowiedzialne za nierówności powłoki lodowej.

Dlaczego po pęknięciach powstają nierówności powłoki lodowej?    

Jeśli szczelina jest linią prostą lub kształtem do niej zbliżona to do analizy odkształconych półpłaszczyzn lodu można użyć modelu płyty na podłożu sprężystym, ale zginanej walcowo. Nie są to obliczenia skomplikowane, a wyniki dla lodu o grubości  dwudziestu  centymetrów  

przy założeniu, że lód pęka gdy zostanie obciążony naprężeniami 2 MPa są przedstawione na rysunku Fig.2.  Po pęknięciu znikają siły ciągnące górną powierzchnię lodu i krawędź płyty unosi się do góry, na pozostałej części półpłaszczyzny powstają zafalowania zanikające wykładniczo wraz z oddalaniem się od powstałej szczeliny. Teoria płyt  na podłożu sprężystym prowadzi do bardzo prostego wzoru na wartość uniesienia krawędzi lodu  po pęknięciu jeśli pierwotnie powierzchnia lodu była płaska. Wzór ten zamieszczono na rysunku Fig.2.

Powstałe fale zanikają wykładniczo wraz z oddalaniem się od miejsca pęknięcia.

Wysokość wyniesienia krawędzi lodu 2.6 centymetra w górę, może wydawać się niewielka, ale jeśli moduł sprężystości lodu będzie dwa lub trzy razy mniejszy, to wyniesienie może być dwukrotnie lub trzykrotnie większe. Takie rozrzuty modułu sprężystości lodu w badaniach naturalnych to nie wyjątek, a raczej norma. Wyniesienie krawędzi lodu osiem centymetrów w górę stanowi poważne niebezpieczeństwo dla ślizgu i załogi.

Jeśli jest mróz to woda w szczelinie pomiędzy sąsiednimi polami lodowymi niezwłocznie zamarza sklejając oddzielne pola lodowe i utrwalając powstałe nierówności. Szybka żegluga na takich nierównościach jest dla załogi ślizgu bardzo uciążliwa, a dla ślizgu szkodliwa.

Po pewnym czasie rzędu dziesięciu dni  do dwóch tygodni zjawisko pełzania lodu spowoduje

wyrównanie powierzchni lodu ale radykalne przyspieszenie wyrównania powierzchni następuje przy odwilżach. Przy  wzroście temperatury lodu od minus 10 stopni Celsjusza do

minus jednego stopnia, szybkość pełzania lodu wzrasta dziesięciokrotnie i powierzchnia lodu szybko się wyrównuje.     

W następnym blogu opiszemy kolejne zjawiska lodowe.

  Opracowano   10 października 2017 roku.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego 

NIEBEZPIECZNE PRĘDKOŚCI NA LODOWEJ AUTOSTRADZIE!

Witold Kurski – były zawodnik bojerowy

     ODDZIAŁYWANIE PORUSZAJĄCYCH SIĘ ŚLIZGÓW  I  POJAZDÓW

                                          NA POWŁOKĘ LODOWĄ

W tym blogu omówimy zjawiska dynamiczne  występujące  w powłoce lodowej  gdy na powierzchni lodu żegluje ślizg lub porusza się  samochód. Wyjeżdżanie na lód samochodami i to nawet ciężkimi stało się ostatnio powszechne, ale ich użytkownicy nie zawsze zdają sobie sprawę z istniejących zagrożeń  ze strony zjawisk rezonansowych. Dla lodu, zależnie od jego grubości   i  od głębokości wody, istnieje zawsze określona prędkość jazdy pojazdu zwana rezonansową.

Jak rozumieć to pojęcie. Otóż przy prędkości rezonansowej pojazdu,  na skutek wytwarzających się na powierzchni lodu i w wodzie fal, zanika reakcja hydrostatyczna wody   i zamienia się ona na reakcję  hydrodynamiczną, która wprawdzie podpiera lód  ale zupełnie inaczej niż reakcja statyczna i lód się łamie z powodu niedostatecznego podparcia i dodatkowych obciążeń.

Aby swobodnie rozumieć problemy prędkości rezonansowych należy zapoznać się z paroma definicjami przedstawionymi na rysunkach Fig.1 i Fig.2 i wynikającymi z nich pojęciami wody płytkiej i głębokiej. Jezioro Święcajty z największą głębokością 20 m kwalifikuje się  do wody głębokiej  dla fali  o długości 4 metrów natomiast Ocean Spokojny kwalifikuje się do wody płytkiej dla fali o długości kilkuset kilometrów jak to jest przy pływach czy fali tsunami.

Na lodzie pływającym na wodzie głębokiej,  krytyczna prędkość jazdy pojazdu lub ślizgu zależy od grubości lodu i jego właściwości sprężystych. Jak wynika z rysunku fig.1 na lodzie o grubości jednego metra  po przeliczeniu  jest to 64 kilometrów na godzinę. Te wartości prędkości podane na rysunku fig.1 są zaniżone o około  15 procent, bowiem do obliczeń przyjęto niski moduł sprężystości jak dla lodu morskiego. Dla lodu słodkowodnego można liczyć na prędkości większe o dwadzieścia procent od podanych.

 Natomiast na  lodzie pływającym na wodzie płytkiej,  krytyczna prędkość jazdy pojazdu lub ślizgu nie zależy od grubości lodu i jego właściwości sprężystych, lecz zależy tylko od głębokości akwenu.  Bardzo łatwo jest zestawić  szybkości krytyczne zależnie od głębokości  wody pod lodem na którym żegluje ślizg. Zestawiono je poniżej.

Głębokość wody metrów            1m      2m     3m    4m    5m    10m    15m   20m    50m

Prędkość krytyczna  km/godz.    11.3    15.9   19.5  22.6  25.2   35.6    43.7   50.4    79.7

Natomiast długość fali i okres fali zależą od parametrów powłoki lodowej. Na początek sugeruję czytelnikowi obliczenie  długości fali  l   i okresu T jeśli  grubość pokrywy lodowej wynosi dwanaście  centymetrów a głębokość wody H  wynosi dwa metry. Być może niektórzy z czytelników stwierdzą, że z takim zjawiskiem już  się w praktyce zetknęli, tylko nie umieli rozpoznać zjawiska szybkości rezonansowej.

Aby wymusić fale na lodzie przy prędkościach krytycznych, to źródło wymuszenia drgań musi mieć odpowiedni ciężar i  moc. Najcięższy ślizg ma masę 0.5 tony i źródło mocy nie więcej niż dziesięć kilowatów,  a samochód osobowy średniej klasy ma masę trzy razy większą i silnik o mocy dziesięć razy większej.  Wniosek, że wyjeżdżając na lód ciężkimi samochodami, kierujący winni zdawać sobie sprawę  z istniejących zagrożeń.

Wykorzystano opracowanie D.E. Heisina,  Dinamika ledjannowo pokrowa, Gidrometeoro- logiczeskoje  Izdatielstwo, Leningrad 67.

Opracowano 4 października 2017 r.

Opracował na blogu - Paweł Kurski - fan żeglarstwa lodowego