Lujuuslaskentaa laskijan näkökulmasta

David Akin on kerännyt pitkän uransa aikana kokoelman erilaisia, lähinnä avaruustekniikan kehitystyöhön liittyviä, osittain humoristisiakin nyrkkisääntöjä, jotka kuitenkin tuntuvat osuvan erittäin hyvin kohdalleen myös paljon maanläheisemmässä lujuuslaskennassa. Akinin lait ovat verkossa osoitteessa http://spacecraft.ssl.umd.edu/akins_laws.html . Suomennokset lakeihin 1-19 ovat  Suomen Avaruustutkimusseuran  "Avaruusluotain" -julkaisusta nro 2/2015. Pykälät 20-41 liittyvät pitkälti yleiseen projektinhallintaan tai ovat spesifejä avaruustutkimukselle, enkä niitä ole tähän ottanut mukaan. Alla olen liittänyt ko. lakeihin niiden oman tulkintani lähinnä yleisen lujuuslaskennan näkökulmasta. Insinöörityössä käytetään numeroita. Analyysi ilman numeroita on ainoastaan mielipide. Kokenut suunnittelija tai laskija pystyy kyllä useimmiten jo alustavista suunnitelmista näkemään (useimmat) heikot kohdat ilman laskentaakin, mutta vasta laskennan avulla saadaan todellinen tieto

Yleensä ulkopuoliseen lujuuslaskentaan turvaudutaan vielä nykyäänkin lähinnä vain silloin, kun halutaan varmistaa jo suunnitellun rakenteen tai laitteen lujuuden riittävyys tai viranomaisen vaatimuksesta. On monia muitakin tilanteita, joissa laskennalla voitaisiin kohtuullisin kustannuksin saada huomattavia etuja. Rakenneratkaisujen haarukointi Lujuuslaskentaa voidaan käyttää hyödyksi hyvin toimivien perusratkaisujen hakemisessa. Kuten optimoinnin yhteydessä oli puhetta, tärkein tekijä hyvän lopputuloksen saamiseksi on käyttää ammattimaisen suunnittelijan intuitiota perusratkaisujen valinnassa. Toisinaan, varsinkin uudentyyppisten rakenteiden suunnittelussa ei kokeneellekaan suunnittelijalle ole etukäteen selvää, mikä on paras perusrakenne lujuusmielessä. Tällöin voidaan laskea yksinkertaisilla ja karkeilla laskentamalleilla erilaisia vaihtoehtoja, joista paras voidaan valita saatujen laskentatulosten perusteella jatkosuunnitelmien pohjaksi. Esimerkiksi kannattimen suunnitt

Avoimia profiileja, esimerkiksi I- tai H-profiileja, käytetään usein kantavissa palkkirakenteissa. Tällaisilla profiileilla on pieni vääntöjäykkyys ja riski kiepahdukseen poikittaisen taivutuskuorman yhteydessä on usein arvioitava. Teräsrakenteiden voimassa olevan eurooppalaisessa standardissa EN 1993-1-1:2005  käytetään elastisen teorian mukaisia kriittisiä sauvojen nurjahdus- ja palkkien kiepahduskuormia mitoituksen perusteena. Nykyinen standardi ei kuitenkaan ota kantaa siihen, kuinka nämä arvot lasketaan. Yksinkertaisen puristetun sauvan elastisen (Eulerin teorian mukaisen) nurjahdusvoiman laskenta opetetaan yleensä oppilaitoksissa, mutta esimerkiksi yhdistetyn palkin tai kehärakenteen nurjahdus voiman tai taivutuspalkin kriittisen kiepahdusmomentin Mcr laskenta on huomattavasti hankalampaa eikä siihen kaikilla standardin käyttäjillä ole tarvittavia tietoja tai lähdemateriaalia. Aiemmissa Eurocoden versioissa esimerkiksi elastiselle palkin kiepahdusmomentille M cr oli annett

Rakenteiden optimoinnilla pyritään yleensä materiaalin ja painon säästöön tinkimättä optimoinnille asetetuista rajoitteista, kuten sallitusta jännityksestä. Rakenteiden optimoinnin pääperiaatteet on jo pitkään tunnettu ja sitä on opetettu mm. korkeakoulujen perusopiskelijoillekin jo vuosikymmeniä. Tästä huolimatta sitä ei ainakaan Suomessa juurikaan tehdä, vaan esimerkiksi lujuuslaskennassa tyydytään yleensä iteroimaan rakennetta vain sen verran, että se täyttää rakenteelle kohdistetut lujuuskriteerit. Tässä tekstissä esitän oman käsitykseni tähän johtavista syistä. Rakenneoptimoinnin tyyppejä Muuttujaoptimointi Perinteinen, rajoitettu muuttujaoptimointi  tapahtuu varioimalla rajoitettua joukkoa suunnittelumuuttujia, kuten poikkileikkausmittoja ja pyöristyssäteitä geometrialle, jonka perusmuoto on jo valittu.  Optimointi on tällöin iteratiivinen prosessi, jossa algoritmi etsii esimerkiksi rakenteen massan minimoivan suunnitteluparametrien yhdistelmän, joka toteuttaa asetet