คำคมจากนิยายบู๊ลิ้ม "มิต่อตี มิได้สหาย"
ก่อนอื่นผมออกตัวเอี๊ยดใหญ่ๆเลยว่า ผมไม่ใช่วิศวกร ผมเป็นวิสัญญีแพทย์ครับ แต่ชีวิตของผมตั้งแต่เด็กมันผูกพันกับงานช่าง งานโรงงานเพราะที่บ้านทำโรงงานขนาดเล็กๆที่เลี้ยงพวกเราจนก้าวต่อไปเรียนหนังสือสูงๆได้
จริงๆผมก็คงจะเลือกไปเรียนวิศวะแล้ว แต่พ่ออยากให้เรียนแพทย์ จึงทำตามประสงค์ของท่านนะ แต่มุมมองเรื่องช่างยังคงติดตัวผมมาตลอด , งานที่ผมทำอยู่ ทำให้ผมต้องยังคงต้องรู้เรื่องเหล่านี้ เพราะผมต้องดูระบบกาซของโรงพยาบาลที่ผมทำงานอยู่ อย่างน้อยผมจะรู้ปัญหาที่เกิดและแนวทางในการแก้ไขได้ดีกว่าช่างในโรงพยาบาล และเมื่อต้องปรึกษากับวิศวกร ก็สามารถพูดคุยกันเข้าถึงปัญหาได้ง่ายกว่า
เอาหละ ผมเข้าเรื่องหละนะ
ที่คุณ ArtKorat กล่าวมานั้น ไม่ใช่ tensile strength ครับ แต่ดูเหมือนจะเป็น Young's modulus หรือ tensile modulus ซึ่งมีค่าเท่ากับ Stress / strain

- Screen shot 2012-02-22 at 5.13.26 PM.png (46.98 KiB) เข้าดูแล้ว 477 ครั้ง
ส่วนอีกสองคำ คือ
Yield strength, is defined in engineering as the amount of stress that a material can undergo before moving from elastic deformation into plastic deformation.
Ultimate Tensile Strength , - UTS - of a material is the limit stress at which the material actually breaks, with sudden release of the stored elastic energy
เดิมทีผมก็ไม่ค่อยเข้าใจเรื่อง tensile modulus เท่าไหร่นักหรอก แต่พออ่านที่คุณ ArtKorat กล่าวไว้ ผมก็เลยเข้าใจขึ้นมา แล้วไปหาเพิ่มเติม
ส่วนนิยมของ YS กับ UTS นั้น ผมเองรู้มาตั้งแต่เริ่มสนใจจักรยานเมื่อสัก 10 ปีแล้ว
วิธีการหาค่า Strength เขาจะนำโลหะมาขึ้นรูปเป็นทรงแท่งกลมมาตรฐาน ซึ่งจะเรียกกันง่ายๆว่า "กระดูกหมา" คือ มีหัวท้ายที่ใหญ่ และตรงกลางที่เล็ก
จากนั้นก็จะนำชิ้นงานมาเข้าเครื่องจับ และใช้แรงดัน( stress ) จนกระทั่งชิ้นงานงอแล้วไม่กลับคืนรูปเดิม ก็จะเรียกว่า Yield strength ส่วน Ultimate tensile strength ก็จะเป้นค่าที่สูงไปกว่า YS เพราะจะดันจนชิ้นงานหัก ( ภายใต้เงื่อนไขที่เขียนเอาไว้ )
( There are a number of standard sizes for tensile tests. The most common are found in ASTM E9 and ASTM D638. For thin metallic materials, such as rolled sheet metal, the standard size is 8.5 inches in length by 0.75 inch in width. For plastic and composite materials, the standard size is 6.5 inches in length by 0.75 inch in width. Each specimen has a reduced width in the center of 0.5 inch. These standards allow for many different geometries including round specimens. )
ในวงเล็บข้างบนนี่ก็แทบจะบอกอะไรได้บ้างแล้วใช่ไหมครับว่า ตัวเลขเหล่านี้อาจจะมีค่าไม่เท่ากันก็ได้ ถ้าใช้ size of tensile test ไม่เท่ากัน
แต่สิ่งที่เราทราบมานั้น หากจะนำไปใช้ประโยชน์กับงานก่อสร้าง งานโครงสร้าง เราจะไม่สามารถนำค่าพวกนี้ไปใช้ได้โดยตรง เพราะไม่ว่าจะเป็น YS หรือ UTS ซึ่งเป็นค่าที่ผู้ผลิตอ้างถึงนั้น มันเป็นค่าที่เกิดจากการทดสอบโดยอิงจากวัตถุต้นแบบที่มีรูปทรงมาตรฐาน
เฟรมจักรยานนั้นมีเงื่อนไขที่มากไปกว่านั้น ลำพังแค่ขนาดท่ออย่างเดียวก็สร้างเงื่อนไขได้มากกว่าสิ่งที่เขียนมาเป็นตัวเลข ยกตัวอย่างง่ายๆ ท่อโครโมผ่านheat-treat บางตัวมีค่า tensile strength มากถึง 200 KSI กับ อลูมิเนียม 7000 ที่มีค่า tensile strengthเพียง 60-70 KSI สามารถนำมาสร้างเป็นจักรยานที่รับน้ำหนักคนเป็น 100 กก.ได้พอๆกันครับ ทั้งนี้ขึ้นกับการออกแบบท่อ การเลือกเส้นผ่าศูนย์กลาง การเลือกความหนาของท่อ ( แค่เรื่อง surface tension เรื่องเดียว ก็คุยกันไม่รู้จบแล้ว , ผมบายนะครับ ผมรู้แค่นิดเดียว แต่มันเป็นสิ่งที่ผมเคยถูกป้อนมาให้รู้ เพราะตอนเรียนกลศาสตร์ตอนปี 1 มันต้องเรียนพวกที่ไม่รู้ว่าจะต้องเรียนไปทำไม เป็นหมอนะครับ ไม่ได้ไปเป็นวิศวะ ฮ่า ฮ่า )
นอกจากนี้การเลือกพื้นที่หน้าตัดของชิ้นงานก็มีผลต่อการกระจายแรงstress ด้วยเช่นกัน
วกมาที่เฟรมจักรยานหรือ ชิ้นงานใดๆก็ช่าง มันจะมีส่วนที่เรียกว่า Stress raiser หรือ Stress riser ซึ่งหมายถึงจุดที่รับความเค้นไปตรงๆ หรือ สะสมความเค้นไปเต็มๆนั่นแหละ จักรยานที่หักตรงท่อบนและท่อล่างที่ชิดกับท่อคอนั้น ก็คือ ส่วนที่เป็น stress raiser นั่นเอง ลองอ่านดูเล่นๆที่
http://en.wikipedia.org/wiki/Stress_concentration
การที่เฟรมทำจากวัสดุที่แข็งมากมาย หรือ รับแรงเค้น แรงเครียดได้มากมาย ไม่ได้หมายถึงว่ามันจะไม่แตก ไม่หัก
ของจะดีไม่ดีนั้น ขึ้นกับ การผลิต และ ผู้ใช้
ถ้าหากออกแบบมาไม่ดี ไม่ได้ทำ R&D ที่ยาวนานพอ ไม่รู้ว่าจุดใดเป็น Stress raiser ทำให้ไม่ได้ไปเสริมความแข็งแรงตรงนั้น เป็นไปได้ว่าตรงนั้นอาจจะมีจำนวนชั้นของคาร์บอนไฟเบอร์ไม่มากพอ วางแนวเส้นใยที่ไม่เหมาะสมเพียงพอที่จะกระจายstress ออกไป กลายเป็นสะสมไว้ที่เดียว จนถึงจุดที่เรียกว่า Fatigue failure
คาร์บอนไฟเบอร์นั้น ไม่เหมือนกับโลหะนะครับ จริงอยู่ที่ลำพังตัวเส้นใยอย่างเดียว มันแข็งกว่าเส้นใยโลหะที่มีขนาดเท่าๆกับมันอย่างมาก แต่มันไม่ใช่วัสดุเนื้อเดียว ( มันเป็น composite ) แค่การวางแนวเส้นใย และการเลือกใช้ชนิดของ epoxy resin ก็ส่งผลต่อคุณภาพของชิ้นงานแล้วครับ ดังนั้นการจะดูจากค่าตัวเลขเหล่านั้น จึงไม่ใช่สิ่งที่ถูกต้องเลย ไม่ถูกต้องเลยจริงๆ เพราะมันไม่ได้ใช้เส้นใยเพียงอย่างเดียว แต่มันต้องใช้กาวประสาน ใช้การวาง และใช้มือคน
มือคนนี่แหละ ที่อาจจะมีมาตรฐานไม่เท่ากัน หากผู้ผลิตไม่มีระบบคุณภาพที่ดีพอ งานที่ได้ก็ไม่แน่นอน เหมือนกับเฟรมโลหะของอิตาลีที่ผมกล่าวไปแล้วว่า ใช้ๆไป ท่อคอร้าวเอง เพราะทนแรงเครียดจากถ้วยคอไม่ได้ ซึ่งอาจจะมาจากท่อคอไม่ได้ขนาดที่เหมาะสมพอ คือ อาจจะmillเอาเนื้อโลหะออกมาน้อยกว่าที่ควรจะเป็นเพียงนิดเดียว แต่นั่นมันเป็นงานทำมือ โอกาสไม่แม่นยำ จึงเกิดขึ้นได้ครับ
TREK เป็นผู้ผลิตที่บอกชัดเลยๆว่า จักรยานเสือหมอบทุกๆรุ่น ถูกออกแบบมาให้รับน้ำหนักผู้ขับขี่ 125กก ได้อย่างปลอดภัย ไม่จำเป็นต้องบอกว่าใช้เส้นใยอะไร เส้นใยมีค่า Modulus เท่าไหร่ Tensile Strength เท่าใด เพราะค่าสุดท้ายที่ได้ คือ ค่าความแข็งแรงโดยรวมของเฟรมจักรยาน เกิดมาจากทุกภาคส่วนของรถ เกิดจากการออกแบบ ส่วนที่ควรหนาเพราะรับแรงมาก ก็ควรหนา , ส่วนที่ควรจะกระจายแรงจะได้ไม่เป็น stress raiser ก็ควรจะกระจายแรง
ส่วน user failure นั้น คงไม่ต้องพูดถึงหรอก มันมีทุกประเทศแหละ
ขอแค่นี้พอแล้วนะ ผมว่าคนที่มุมมองแบบช่างด้่วยกัน อ่านแค่นี้ก็น่าจะเข้าใจที่ผมเขียนแล้วหละ
มีความสุขกับการปั่นจักรยานดีกว่าครับ ถ้าเกรงว่ารถมันรับน้ำหนักเราไม่ได้ ก็แนะนำให้ใช้รถที่เขากล้าบอกว่า limitationของเขามีมากน้อยแค่ไหน ถ้าตรงจริตกับเรา ก็ซื้อมาใช้ครับ
ผมเองไม่ใส่ใจว่าใครผลิตนะ แต่ใส่ใจว่าผลิตออกมาภายใต้ R&D ที่เหมาะสมหรือไม่มากกว่าครับ
พอหละ ขอไปปั่นจักรยานก่อน เดี๋ยวลงแดงพอดี
สุดท้ายนะครับ KSI ไม่ใช่ พันปอนด์ต่อตารางมิลนะครับ แต่เป็นต่อตารางนิ้ว สงสัยคุณอาร์ตคงจะพิมพ์เพลินครับ แก้ให้ก็แล้วกัน
JIS ใช้หน่วยวัดแรงดันเป็น kg/sq.cm ครับ ( ส่วนจะแปลงย่อยเป็น ต่อ sq.mm. ก็คงจะเป็นในกรณีที่ต่อ sq.cm มันมากมายเกินไป หรือ พื้นที่ผิวงานมันเล็กมาก พูดเป็นsq.mm. อาจจะมองเห็นอะไรเป็นรูปธรรมง่ายกว่า
imperial และ มะกัน ใช้ PSI
SI ใช้ pascal
ปวดหัวเวลาที่ต้องมานั่ง convert หน่วยเหล่านี้เวลาที่ต้องมานั่งดู pressure guage ที่ใช้มาตรฐานคนละอันกัน สุดท้ายก็ต้องconvert มาเป็น bar อยู่ดี