Fizyka Smoleńska
Piszę o rzeczach pięknych: fizyce, lotnictwie, wszechświecie i superkomputerach. Ale też o smutnych: wyjaśniam katastrofę smoleńską, odsłaniam manipulacje oszustów politycznych i nieuków, ich pseudonaukę o nazwie "fizyka smoleńska". Fot.: lot w AZ/UT
115 obserwujących
86 notek
898k odsłon
  1975   1

73. Katastrofa smoleńska. Siła odrywająca skrzydło i jej działanie na brzozę

Wygodnym kluczem do zrozumienia jak lewe skrzydło samolotu rządowego nr. 101 rwało się na pniu brzozy lekarza Bodina, i dlaczego brzoza pękła w dwóch różnych miejscach i złożyła we dwoje, jest siła nacisku jednego ciała na drugie (i drugiego na pierwsze, zgodnie z 3. zasadą dynamiki). Policzona trzema różnymi metodami, siła rwania skrzydła wahała się wokół wartości rzędu 30-35 Ton (36 T i aż 40 T w rożnych oszacowaniach analitycznych). To wyniki prac amerykańskiej uczelni MIT i polskiej akademii WAT. I dokładnie taka wartość ~34 T skutkuje charakterystycznym złamaniem brzozy Bodina w moich symulacjach dynamicznych zderzenia! To potwierdza obserwacje kilku naocznych świadków, mówiące o odpadnięciu części skrzydła na brzozie i jej złamaniu przez samolot TU-154M, badania molekularne wiórów znalezionych w urwanym skrzydle, jak i dokładne rekonstrukcje trajektorii wg zapisów rejestratorów, na których PLF 101 uderza w brzozę skrzydłem. Zobaczymy też konceptualnie, skąd biorą się loki i zafalowania metalu w miejscu przerwania skrzydła. 



DLACZEGO TO WAŻNE

Jeśli siła konieczna do przerwania skrzydła jest większa niż iloczyn wytrzymałości drewna na zgniatanie boczne (dokładniej, suma wytrzymałości statycznej i efektu naprężenia dynamicznego zależnego od prędkości zderzenia, zob. rozdz. 50, suma ta to ~14 MPa) i największego możliwego pola styku brzozy i skrzydła, wówczas cały sektor pnia musi zostać zniszczony w zderzeniu. Oszacujmy: pole zgniatanego pnia to mniej więcej grubość skrzydła (~40 cm) razy średnica pnia (też tego rzędu), czyli miażdżenie całego uderzonego sektora brzozy wymaga olbrzymiej siły rzędu (0.40*0.46m2 * 14 MPa = 2.6 MN ~ 260 T). To nie zaszło, gdyż jak pokażę, już siła o rząd wielkości mniejsza urywa skrzydło. Siła oddziaływania narasta w czasie uderzenia do wartości, powyżej której skrzydło jest stopniowo niszczone, po czym się mniej więcej stabilizuje. Zaś uszkodzenia pnia zatrzymują się w momencie, gdy pole kontaktu przyrasta do wartości takiej wartości, że naprężenia miażdżące włókna drewna spadają poniżej wytrzymałości drewna. Od tego momentu pień jest popychany, lecz nie wgniatany przez rwane skrzydło.  Rzeczywiście, rekonstrukcja pnia brzozy Bodina przez polskich biegłych prokuratury w r. 2012 w Moskwie świadczy o tym, że brzozie brak mniej niż 10% materiału w sektorze zderzenia, poza tym górna i dół pnia pasują do siebie jak ulał. Część brakującego materiału brzozy znaleziono w skrzydle. Wykluczyło to hipotezę ścięcia brzozy.

Zatem  skrzydło nie było wcale niezłomne, jak niefizycznie fantazjował wiele lat w oparciu o swe całkowicie błędne obliczenia dr Binienda z uniwersytetu w Akron, Ohio, a za nim wiele innych osób. Można wyznaczyć całkowitą siłę na styku ciętego skrzydła i pnia brzozy (nie na jeden element taki jak półka dźwigara, ale na wszystkie elementy) i pokazać następnie co dzieje się pod jej wpływem z brzozą wielkości brzozy Bodina. Podam cztery niezależne sposoby ustalenia siły, z których trzy są dobrze zgodne, a czwarty daje o 1/6 większe oszacowanie.


JAK WAT NAUCZAŁ BINIENDĘ


"Problemy modelowania numerycznego zagadnienia zderzeń ciał" (2013)
Andrzej Morka, Tadeusz Niezgoda, Paweł Dziewulski, Sebastian Stanisławek (WAT)

image


Reagując na szokujące błędy w pracach Biniendy w Wojskowej Akademii Technicznej przeprowadzono w grupie prof. Niezgody obliczenia przy użyciu tego samego narzędzia obliczeniowego (LS-Dyna), jednak z poprawnymi ustawieniami parametrów materiałowych i obliczeniowych.  Wyniki prezentowane były później na tzw. 2giej konferencji smoleńskiej przez głównego autora prac, dr. Andrzeja Morkę. Nie znano, lecz rozsądnie szacowano możliwe grubości blach w skrzydle TU-154. Niedokładnie założono równej grubości blachy w elementach konstrukcyjnych. Wszystkie elementy: żebra, dźwigary I-III, listwy (stringery), poszycie, są bardzo cienkie, ale mają różną grubość, równą odpowiednio: 0.97 mm, 3.0-2.5-2.5 mm, do 3.5 mm, 2.5 mm (por. załączone w galerii rysunki). Również założono niedeformowalny cylindryczny pień, co nie zostało wtedy uzasadnione (dopiero model dynamiki łamania brzozy omówiony przeze mnie rok później uzasadnił poprawność tego założenia). Uwzględniono natomiast poprawne wymiary kesonu skrzydła i ułożenie wszystkich elementów, sprawdzono też wpływ otworów zmniejszających masę żeber (okazał się bardzo niewielki).

image

Siła w modelach najlepiej pasujących do rzeczywistych grubości blachy D16 w skrzydle tupolewa była zmienna w czasie, oscylowała w granicach 25-40 T w czasie cięcia (oczywiście miała maksimum odpowiadające destrukcji dźwigara I),  i zależała nieco od rozdzielczości, ale głównie od parametru EPS_max skrzydła, kontrolującego erozję numeryczną elementów obliczeniowych (jest to numeryczna deformacja graniczna elementów FEM). Realistycznie, średnia siła generowana przy cięciu/rwaniu  skrzydła przez przeszkodę równa była około 30-33 T (tak jak na rys. 10, jeśli w myśli interpolować wykresy do EPSmax = 0.15, co dobrze odpowiada granicznej deformacji stopu D16.)

Lubię to! Skomentuj251 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Polityka