ניתוח דג”ח היא שיטה לניתוח הכוחות הפועלים על גופים והיא מיועדת לענות על אחד האתגרים הגדולים ביותר בתכנון מערכת הנדסית, שהוא: ניתוח הכוחות הפועלים על חלקי המערכת וחישוב המאמצים הפועלים בחלק עצמו כדי להבטיח את תפקודו התקין בכל מצב.
נשמע מוכר? כמתכננים, גם אתם נדרשים לצפות מראש את כל הסיטואציות שבהן יכולים להיות מעורבים חלקי המערכת, מה שמחייב היכרות עומק עם תנאי השטח ועם תהליכים שקשורים לתחום הספציפי, מנה גדושה של חשיבה יצירתית וראש פתוח, וכמובן – היכרות עם שיטות עזר הנדסיות רלבנטיות. במאמר חדש שהעליתי לבלוג “לראות את הנולד” ליקטתי בשבילכם 3 טיפים חשובים שיעזרו לכם ליישם טכניקת דג”ח (דיאגרמת גוף חופשי) בתכנון. מוזמנים לקרוא. ליישם ולשתף.
כמו שניתן להבין, תכנון שבוחן לעומק את הכוחות הפועלים על גוף, ומחשב מבעוד מועד את המאמצים הפועלים בגוף עצמו במצבים משתנים – הוא קריטי לתפעול התקין של חלקי המערכת. אלא שהרבה פעמים, הרבה מדי, קורה שמתכנני החלקים מניחים הנחות מבלי לבדוק וכתוצאה מכך מדלגים על שלבים חיוניים בתכנון – מה שעלול להוביל לכשל מערכתי חמור ואף לאסון.
עוד מעט נראה מה הטיפ העוצמתי ביותר שיוביל אתכם לפריצת הדרך הגדולה ביישום ניתוח דג”ח בתכנון, אבל תחילה – הנה הטיפ הראשון.
טיפ מס’ 1 לביצוע ניתוח דג”ח: לבדוק את הכוחות והמאמצים בנקודות האקסטרים ומעבר להן
כשמבצעים ניתוח דג”ח חשוב מאוד לדעת (ולחשב) האם ומתי יפעלו על החלק שנבדק הכוחות הכי גדולים. וזה לא תמיד מובן מאליו. כי לבחון את חלקי המערכת בתנאי אקסטרים – זה דבר אחד. לצפות את מצבי האקסטרים האפשריים, שחלקם בלתי אפשריים לכאורה – זה כבר דבר אחר… אבל דווקא במקום הזה נבחנת יכולת הראייה למרחוק של המתכנן והיכולת שלו להיערך לבלתי צפוי.
תכל’ס, למה חשוב לשים לב?
לצורך ההמחשה – ניקח סיטואציה לדוגמה:
- לגרור רכב על כביש במישור – דרוש כוח מסוים, אבל כדי לחלץ רכב ששקע בבוץ – זה כבר סיפור אחר, ועוד לא אמרנו כלום על מה שקורה כשמעלים רכב פגוע על גרר, או כאשר מורידים אותו ממנו
- תשאלו את עצמכם: מתי יהיו הכוחות על תושבת וו הגרירה הכי גדולים, בתחילת העלייה על הכבש? בסופה? הרי הזווית בין הרכב לבין כבל הגרירה משתנה כל הזמן בעת טיפוס הרכב במעלה הכבש, ויש לקחת זאת בחשבון!
האם יש הבדל? רמז דק: בוודאי! כי כשהזווית בין הכבל ותושבת וו הגרירה משתנה, מופיעים מאמצי גזירה, במקום מאמצי המתיחה הטהורה שהייתה בזווית אפס, וכידוע, מאמצי גזירה “אכזריים” יותר לגוף ממאמצי מתיחה! והשאלה הגדולה היא איך תביאו את ההבדל לידי ביטוי בעת התכנון!
תמונה 1
וזה עוד כלום לעומת הטיפ השני…
טיפ מס’ 2 לביצוע ניתוח דג”ח: לבצע את ניתוח הדג”ח בכל שלושת המישורים
גם מתכננים שמבצעים ניתוח דג”ח נוטים לא אחת לחשב את הכוחות אך ורק במישור אחד, שנראה שבו פועל הכח העיקרי, או אף היחיד, ושוכחים לבדוק בכיוונים האחרים. חשוב לזכור זאת, כי הכוחות בשני המישורים האחרים יכולים להיות גדולים הרבה יותר, או שהם קטנים וכמעט זניחים, אלא שהם בדיוק הקש שישבור את גב הגמל…
תכל’ס, למה חשוב לשים לב?
- לוודא שבעת הבדיקה התייחסתם לכל שלושת המישורים הראשיים במערכת הצירים שלכם.
- לשים לב במיוחד לכוחות נוספים שעלולים להתפתח בגלל אינרציות, חיכוך, שדות מגנטיים/חשמליים משור משופע וכו’
למשל: בגלגל שיניים משופעות, נוצרים כוחות ציריים (שמכבידים על המסבים), כוחות שלא היו מופיעים אם גלגל השיניים היה בעל שיניים ישרות.
תמונה 2
שום מאמר טיפים בנושא ניתוח דג”ח לא יהיה שלם ללא הטיפ השלישי, והוא הטיפ העוצמתי מכולם.
טיפ מס’ 3 לביצוע ניתוח דג”ח: להקפיד על ביצוע בכל חלק קריטי בעל משמעות בטיחותית
בבניית מיקרוסקופ, בד”כ, אין עומסים ולא מתפתחים בו כוחות שיכולים להוביל למאמצים קריטיים. אז אם אתם בונים מיקרוסקופ אתם יכולים לוותר על ניתוח דג”ח. גם כשמדובר בשיקול מסחרי כלכלי – אפשר לוותר על הדג”ח ולהסתפק בניסוי וטעייה.
למשל:
ומה עושים כשמתכננים את ה”תיק תק” שתופס את מכסה הפלסטיק של העט? (או הסגר של הפקק של בקבוק השמפו באמבטיה?), בודאי שהחלק איננו קריטי, אך כמה איטרציות במבנה התבנית אתם רוצים לבצע, עד שתגיעו למבנה ולעובי הנכון? רוצים להתמודד עם הדג”ח במכסה הזה?
אבל, באותם מקומות שבהם יש לעומס משמעות בטיחותית, למשל: בתכנון חלקים קריטיים של המערכת ו/או בעקבות ביצוע שינוי בחלקים קריטיים – שם ניתוח דג”ח הוא חיוני והכרחי. במקרים אלה – אין שום מרווח לשיקול דעתו של המהנדס המתכנן והבדיקות חייבות להתבצע בצורה המקיפה והמעמיקה ביותר, מפני שהמחיר עלול להיות כשל מערכתי חמור ואף לעלות בחיי אדם.
אחת הדוגמאות הקשות לתוצאות של אי ביצוע דג”ח בעת שינוי חלקים קריטיים של המערכת הוא האסון המפורסם במלון האייט (1981, קנזס סיטי בארה”ב) שבו נעשה שינוי קל בתכנון, בגלל דרישות פרקטיות מאנשי השטח. השינוי אושר על ידי מהנדס, ללא ניתוח דג”ח, והגשרים מעל לובי המלון שקרסו, גבו את חייהם של 114 איש. (ראה מדריך הבזק “הנדסה בחקירה”)
תכל’ס, למה חשוב לשים לב?
- דבר ראשון – לבדוק, מהם הכוחות המקסימליים שיכולים לפעול על החלק המדובר, ולשקול האם באמת חשבנו על כל המצבים שיכולים לקרות
- דבר שני – לוודא בזמן הניתוח שהבאנו בחשבון את כל הרכיבים של כל הכוחות. היזהרו ממשטחים משופעים, הברגות, שיניים משופעות, שדות מגנטיים וחשמליים וכו’ שיכולים לייצר רכיבי כוחות בכיוונים חדשים
- דבר שלישי – כשמדובר בחלקים בטיחותיים, אין מקום ל”הנחות” ואין קיצורי דרך. חייבים לעשות את כל הניתוח לפי הספר, מההתחלה ועד הסוף, ועל הדרך להפעיל מנה גדושה של חשיבה יצירתית ותרחישי “מה אם”.
לסיכום:
כמהנדסים שמתכננים מערכות הנדסיות, עליכם לצפות מראש את כל הסיטואציות שבהן יכולים להיות מעורבים חלקי המערכת, על מנת לתת את המענה הטוב ביותר לתפעולה התקין.
כמו שיכולתם ללמוד מהמאמר, כדי להבטיח תכנון מיטבי ובטיחותי לאורך זמן, יש לבצע ניתוח דג”ח בדגש על 3 מאפיינים: בדיקה של הכוחות והמאמצים בתנאי אקסטרים, בחינה של הכוחות והמאמצים בשלושת המישורים, והקפדה יתירה של ביצוע דג”ח בחלקים קריטיים של המערכת, ובמיוחד כאשר יש לעומס משמעות בטיחותית, שאז היעדר בדיקה יסודית עלול לעלות בחיי אדם.
עכשיו תורכם
עד עכשיו הצגתי בפניכם 3 טיפים שיעזרו לכם לשפר תהליכי תכנון בעזרת ניתוח דג”ח אפקטיבי. עכשיו הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? איזה טיפ הייתם מוסיפים מעבר ל-3 הטיפים שהצגתי במאמר? אנא, שתפו אותנו פה למטה, בתגובות, כדי שכולנו נלמד ונצמח ביחד.
הצעד הבא שלכם לתכנון מוצלח
אהבתם? שתפו את המאמר עם חברים וקולגות. רוצים לקבל ממני עוד הרבה טיפים מועילים, עקרונות מנחים והדרכה מעשית בנושאים שונים ומגוונים בהנדסת מכונות? במיוחד בשבילכם כתבתי את מדריך הבזק “הנדסה בחקירה” ובו ניתוח עומק של 7 כשלי תכנון בסיסיים שהובילו לאסונות ענק. להורדת המדריך במתנה ממני ולגמרי בחינם – לוחצים כאן.
