Среди предложенных для рассмотрения на канале тем была и тема, которая кажется сначала шуточной. Однако, именно такие задачи приходится решать инженерам-материаловедам на практике. Вопрос звучал так: от чего зависит долговечность подошвы обуви?
Шутки-шутками, а полноценный ответ на этот вопрос может стать дипломом бакалавра по материаловедению :)...
Сначала я подумал, что большей части читателей такая информация может и не пригодиться. Потом решил, что это прекрасный способ научиться основам проработки инженерной задачи на очень простом примере.
Я надеюсь, что большая часть читателей носит ботинки и примерно понимает, как ботинки выходят из строя.
Это называется износ. Подобно ботинкам изнашиваются и, например, автомобильные покрышки. Для того, чтобы правильно оценить происходящие процессы, нужно досконально изучить физику взаимодействия изделия с другими предметами и окружающей средой. Понимание всех происходящих процессов должно быть не просто 100%, а даже 200%.
Интересная сопутствующая проблема
Тут всплывает и ещё один интересный момент. Вы, скорее всего, замечали, что информация о товарах всегда предоставляется в странном малоинформативном виде. Пока не проработаешь спецификацию (если таковая доступна), то знания о, например, материале изготовления ножа кончаются на крутой фразе "нержавеющая сталь" и это ещё усиливается эпитетами. Например, настоящая английская нержавеющая сталь высшего сорта.
Инженер тут только улыбнется, но инженеров сейчас почти и не осталось. Допустим, я знаю много про материалы. Но не знаю о каких-то других аспектах жизни. Поэтому, и в составе йогурта можно написать, что там содержится экстракт живых фруктов, эквивалентный настоящим. Поэтому, при аналитике тут нужен серьезный комплексный подход.
Вот в случае нержавейки для ножа должна была бы быть указана марка стали. Она наверняка есть где-то в спецификации, если это не совсем-таки китайщина. По марке уже можно найти конкретные механические свойства испытуемого образца и сравнить этот нож, например, с керамическим.
Тут уместен и другой прикольный пример. Когда в 90-е годы активно начали продавать электронику самых разных видов, то можно было увидеть на маленьком китайском приемнике что-то типа "2000 Вт мощность"! Ну всё отлично, только это PMPO (Peak Music Power Output). Мощность, которую динамик выдерживает 1 - 2 секунды без физического его повреждения.
Основы инженерной аналитики
Итак, вернемся к примеру с подошвой. Тут нужно просто очень тщательно думать. Представлять условия работы и анализировать влияющие факторы. Давайте посмотрим, как это делается в очень упрощенном виде.
У нас есть подошва ботинка. Что может повлиять на её долговечность?
- Материал, из которого она изготовлена
- Качество материала
- Технология, которая используется для изготовления
- Конструкция изделия
- Температура окружающего воздуха, при котором происходит носка
- Условия среды и погодные условия (сухо или дождик, или даже снег)
- Агрессивные факторы (типа химических)
- Параметры человека, который носит эту обувь
- Манера хождения
- Специфика эксплуатации и её особые условия
- Непосредственное время эксплуатации
Видите сколько факторов обозначены? И это ещё не все. Ведь я тоже сейчас не занимался проработкой вопроса по полной программе. Мы выбрали только наиболее очевидные моменты, но и они обычно пользователями не учитываются. Обратите внимание, что в рекламном буклете вы скорее всего увидите что-то типа "Износостойкий ЭВА". Поищите в поиске "марки ЭВА" и удивитесь. Их там около 50 штук в таблице.
Ещё очень важно запомнить, что надежность определяется самой ненадежной частью конструкции или механизма.
Теперь пробежимся по каждому пункту.
Материал, из которого изготовлено изделие
Тут фантазировать не нужно :) Материал на все 100% определяет долговечность изделия, поскольку у каждого материала свои механические свойства. Если сделать ботинки из дерева или из железа они будут иметь разные свойства и по-разному будут воспринимать нагрузку. Разной будет и способность к истиранию. Именно поэтому так важно знать конкретный материал, примененный для изготовления. По марке материала можно найти табличку с механическими свойствами и сравнивать их.
Важно понимать, что и сравнение нужно делать правильно. Это мы уже в рамках одной статьи не опишем, поэтому оставайтесь на канале и познавайте инженерные знания.
Например, нам нужно сравнить свойства материала А и свойства материала Б. У материала А твёрдость 90 HRC, а у материала Б - твёрдость 110 HRC. Что лучше для обуви? Спорно. Нужны результаты механических испытаний. Твёрдый материал будет меньше изнашиваться от трения, но будет трескаться от ударов и при эксплуатации. Всегда важен баланс.
Качество материала
Следующий пункт у нас обозначен как качество исходного сырья. Это тоже логично. Ведь одинаковый материал можно сделать по-разному. Представьте, что в компаунд для изготовления листа случайно просыпали шарики для подшипника и начали их доставать. Произошло загрязнение. Хотя и тот и другой материалы имеют одну марку, качество получится разное. Загрязнение приведет к неминуемой деградации свойств.
Технология, которая используется при изготовлении
Из одного и того же материала можно сделать изделие разными способами. Если выбрана неправильная технология, то не стоит ожидать, что изделие окажется надежным. Простой пример - обычная сталь. Можно использовать при изготовлении методики обработки металлов давлением, а можно фрезеровку. Можно сделать и отливку. Внешне изделие будет выглядеть одинаково, но свойства будут сильно различаться. Такая же история и с полимерными материалами.
Конструкция изделия
Обувь должна быть правильно сконструирована. И не только обувь. Часто перед инженером стоит сложная задача - с одной стороны пинают маркетологи и хотят, чтобы ты за одну копейку сделал изделие, способное прослужить 5 лет. С другой стороны есть правила конструирования, которые лучше бы не нарушать. В итоге очень косвенно при оценке долговечности можно смотреть на обозначенный срок службы. Но это не всегда совпадает с реальностью.
В итоге всё очень просто. Какой материал не выбирай и какую технологию изготовления не используй, если в обуви используются знакомые всем "квадратики", то такая подошва будет служить меньше, чем цельная. Но тут рано плеваться в инженеров. Нужно видеть ТЗ. Ведь "квадратики" могут появиться не только из-за экономии, но и из-за попытки сделать ботинок более лёгким.
Условия эксплуатации
Под этим заголовком объединим сразу все оставшиеся факторы, которые повлияют на долговечность. Таких факторов у реального изделия очень много.
На ботинки, например, повлияет температура окружающего воздуха, при котором происходит носка. Зимние ботинки летом в жару будут изнашиваться гораздо интенсивнее, чем в предназначенное для их носик время года. Погодные условия окажутся сопутствующим фактором. Скажем, по сухому асфальту ботинки будут стираться быстрее, нежели по мокрому. Повлияют и агрессивные окружающие факторы. К ним, например, можно отнести постоянное воздействие реагентов, которые вызовут интенсивное старение полимера.
Очевидно, что если в ботинках с одинаковой конструкцией ходит верзила 150 кг или парень 80 кг, то интенсивность изнашивания будет разной. Тяжелый мужичок сильнее воздействует на подошву. Значит, следует оценивать и параметры человека, который носит эту обувь. Сюда ещё относится и манера хождения. Некоторые любят шмурыгать подошвами, а кто-то трёт пяткой. Ну а у кого-то не дай бог какие-то проблемы с хождением и человек с трудом поднимает ногу. Нога больше трёт и изнашивает ботинок сильнее.
Отнесем сюда и специфику эксплуатации и её особые условия. Речь о том, что можно сидеть в кроссовках в офисе, а можно бегать треки. А ещё можно ходить по битому стеклу. Когда ботинок износится сильнее?
Есть и такое интересный фактор, как непосредственное время эксплуатации. Некоторые материалы обладают интересными нелинейными свойствами. Скажем, подошва будет нагреваться и становиться более эластичной. Если она будет за некоторое время выходить на режим, то более длительная носка "в режиме" будет меньше изнашивать ботинок, чем короткие многочисленные нагрузки. Я не уверен, что такой параметр есть у подошвы обуви, но у некоторых механизмов такое присутствует.
Пожалуйста, подпишитесь и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для существования канала! Виноват ДЗЕН...