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来源:力学酒吧(ID:Mechanics-Bar),作者:张伟伟 科技大学。
曼内斯曼效应 (Mannesmann effect) 来源于无缝钢管的一种轧制工艺,将实心的圆柱棒坯料放置在两个同向旋转的辊轴之间,使得坯料反复被挤压,在中心部位形成疏松和孔腔现象被称为曼内斯曼效应。利用这一效应,再用顶头对准坯料中心顶入并穿透实心的圆柱棒,就可以制成一定口径的无缝钢管。在这一过程中,曼内斯曼效应对于减少顶头穿孔阻力,提高顶头寿命等方面具有重要的积极作用。
图1 无缝钢管轧制示意图(图片来源于 文献[2])
曼内斯曼效应得名于德国曼内斯曼兄弟,他们的父亲有一家制作无缝钢管的工厂,兄弟俩也在工厂里帮忙。1885年,他们发现了曼内斯曼效应并申请了无缝钢管轧制工艺专利,该专利隔年得到授权。1887-底部咨询-年间,他们利用自己的几项发明专利成立了一家制管厂。1890年正式成立Deutsch-ÖsterreichischeMannesmannröhren-Werke AG(公司名)。1908年,公司更名为Mannesmannröhren-WerkeAG,2000年英国电信公司沃达丰 (Vodafone)收购曼内斯曼公司。
图2 曼内斯曼兄弟(图片来源网络)
brothers Reinhard (1856–1922) and Max Mannesmann (1857–1915)
130多年来,虽然曼内斯曼的工厂股权更迭,但曼内斯曼兄弟的名字始终成为了无缝钢管标志,目前曼内斯曼公司已经发展成为在全球拥有13万多名雇员,年收入232.7亿欧元(维基百科)的知名集团公司。
图3 曼内斯曼公司的发展历程(图片来源网络)
曼内斯曼效应可以从接触力学上来解释。假设有两个弹性球相互接触,它们的半径均为R,其接触时的作用力为P,当两弹性球接触后,它们的接触点将不再保持为一点,而是在接触点形成一个半径为a 的圆,有
在球内最大剪应力为
并且该最大剪应力不发生在接触面上,而是发生在距离接触面为z 的位置,有
其中,α、β、γ 均为常数,从a 值式和球内最大剪应力式可以看出,最大剪应力与压力√P 成正比,与R 成反比;而发生最大剪应力的位置z 与√P 和√R 成正比。这也说明如果两球接触,最先发生破坏的地方不在球的表面,而在球的内部。
图4 两球的接触问题(图片来源于网络)
根据接触力学这一结论来理解曼内斯曼效应就很容易。当辊轴与实心棒挤压接触时,其接触点也不是点(或者线)而是面,并且发生最大剪应力的地方也不在接触表面,而在实心棒的内部,具体位置与挤压力和辊轴半径有关,这样就可以根据需求对辊轴的直径进行设计,以便在所需要的位置形成损伤与孔洞,从而达到减小顶头压力,延长顶头寿命的目的。
图5 曼内斯曼效应口诀
可以将曼内斯曼效应总结为两句话:外围反复挤压,中心重点突破!有趣的是,这两句口诀也常为军事家所利用,在攻城、拔除据点的战役中常有应用。而王阳明在剿灭赣南匪首谢志山的战役中,更是将这一战术应用到了出神入化的境界。
谢志山,明正德年间南赣(湖广、、交界一带)地区一支农民起义军(王阳明眼中的匪患)首领,自封征南王,辖横水、左溪、桶冈三寨(今崇义境内)。正德十一年 (1516) 谢志山正式起义,并于同年带领大军进攻南康、等州府,史料记载80余处“贼巢”皆听命于谢志山,声势浩大。
谷应泰《明史纪事本末·平南赣盗》中写道:“正德浊乱,群盗蜂起…于是之贼复有四:蓝天凤等为左溪贼,谢志山等为横水贼,锺景等为桶冈贼,池大鬓等为浰头贼”。这些匪患遥相呼应,攻占府县,盗乱之害颇为严重。
正德十一年 (1516) 八月,王阳明被任命为都察院左佥都御史,巡抚南赣汀漳,奉命剿匪。隔年正月至三月,剿灭危害东南至沿海数十年的匪患,斩“贼”首詹师富、温火烧等;六月,凭借一封招降信招降、龙川境内黄金巢、卢珂等人;十月就轮上了谢志山!当谢志山听闻王阳明欲剿灭自己时,立即整军备战,并大量造吕公车,传闻有5层楼高,内可藏数百兵士,向王阳明强势宣战。
王阳明也不大意,调集、、、、五省八府一州的兵力,共1万人分10路大军进攻谢志山,如图6所示。王阳明的策略是9路大军依次从不同角度进攻,但并不指望这9支队伍攻入营寨,只是反复袭扰,相当于曼内斯曼效应的外围反复挤压;而最关键的1路是由400人组成的特种部队,最晚出发,经山寨绝壁攀援而上偷偷潜入谢志山老巢,这支部队就相当于无缝钢管制作中的顶头,外围部队反复挤压,致使谢志山的部队内部产生松懈,这就为特种部队在中心突入创造了条件,而中心一旦被破解,外围部队再攻入营寨又变得极为容易,最后合并一处消灭残敌。
图6 Google 地图加工的示意图
图中亮的区域是省崇义县,谢志山主要据点为横水、左溪
据史料记载,王阳明所安排的外围9路大军攻击强度一般,谢志山的部队与明军初接触时,常有获胜,谢志山曾认为王阳明也不过如此,而后明军一路一路来,谢志山一路一路挡,游刃有余。实际上,那支400人的特种部队攻击强度也不高,他们的任务只是偷偷潜入,四处放火,然后大喊“谢志山已死,谢志山已死”。
从布阵上看,王阳明正是利用曼内斯曼效应,虽然外围9路大军的攻击强度不高,但反复挤压,就在谢志山部队内部形成了裂隙,再派1路大军潜入山寨,也不需要多大的攻击强度,就可以轻松的瓦解谢志山的山寨。从心理上看,在双方厮杀到一定程度的时候,大喊“谢志山已死”就直接瓦解了谢志山将士的主心骨,最后只能兵败如山,谢志山本人被活捉。这就是王阳明对曼内斯曼效应的军事应用!
主要参考文献:
[1]武际可. 漫谈接触力学——从土豆的内伤说起.
[2]DiegoA. Berazategui, Miguel A. Cavaliere. On the modelling of complex 3D bulk metalforming processes via the pseudo‐concentrations technique.
[3]卢于逑, 王先进. 二辊斜轧穿孔中心金属的裂断机理和穿孔变形工艺实质[J]. 钢铁,1980(06):10-18.
[4]蒋宗璠. TC4斜轧穿孔曼内斯曼效应机理研究[D].
[5]郦波.五百年来王阳明. 百家讲坛 (喜马拉雅听可搜索,我听了好几遍,很喜欢)
[6]《明史纪事本末》卷四十八平南贑盗http://blog.sina.com.cn/s/blog_6842c2760100kqi6.html
[7]王阳明进剿谢志山详情http://blog.sina.com.cn/s/blog_b0d0645a0102vz48.html
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