(Not) safe for designers?

Door Robin Zander, Constructeur

Zie hier Erik Tempelman’s motivatie voor een reeks bijdrages, artikelen, columns – hoe gaan we het eigenlijk noemen? – die na deze beknopte introductie op de volgende pagina’s van start gaat. Met onderwerpen die de ontwerper of constructeur zeker aan het hart zouden moeten gaan, volgens deze universitair hoofddocent, werkzaam bij de faculteit Industrieel Ontwerpen van de TU Delft. De genoemde Wet van Hooke is er een, statica is een andere.

Welke werktuigbouwer kent het onderwerp nou niet? En… willen we ze eigenlijk nog wel kennen? Want wat betekenen ze nu eigenlijk in het werkzame leven? Met de liefde voor die onderwerpen gaat het eigenlijk al snel mis. In de opleiding. Bij de boekenlijst. "Je kunt als docent hele stapels dikke boeken voorschrijven, voor materiaalkunde, voor statica, voor mechanica, enzovoorts, maar dat kost de student bakken met geld. Als je vervolgens met die boeken eigenlijk maar heel weinig doet, gewoonweg omdat de tijd er niet meer voor vrijgemaakt kan worden, dan maak je natuurlijk geen vrienden."

Ander beest

Nu zou je nog kunnen denken dat die stapels lesboeken toch handig zijn voor later – als referentiemateriaal. Maar gaat die vlieger nog wel op? Tempelman heeft dat eens voorzichtig uitgezocht. "Ik heb mij afgevraagd hoe vaak ik nu in mijn werkzame leven mijn oude mechanicaboek er nog eens heb bij gepakt. Nou, die gelegenheden zijn zoals dat heet op de vingers van de hand van een slagersjongen te tellen. Het punt is, er zijn naast die dikke lesboeken ook nog ‘echte’ boeken, zoals Roark’s Formulas for Stress and Strain, of de serie handboeken van de ASTM. Kost wat, maar dan heb je ook wat. Dat is wat productontwerpers, vliegtuigbouwers, civieltechnisch ingenieurs en werktuigbouwers pakken als ze het écht willen weten. Hoe mag je bijvoorbeeld rekenen aan spanningsconcentraties? Hoe zit het met de schuifsterkte van hout? Dan pak je dat soort boeken.

Zoiets is geen lesboek maar een ingenieurshandboek – een fundamenteel ander beest. Een lesboek is bedoeld om uit te leren en een handboek gebruik je als je het echt moet gaan doen. Dus nee, je les- boek gebruiken als referentiemateriaal, dat is gewoon geen goed idee. En los daarvan heb je tegenwoordig ook nog zoiets als het internet. Ben je vergeten hoe dat zat met momentenlijntjes in buigende balken? Geen probleem: instructievideo’s genoeg! Daar zijn trouwens nu zelfs al handige ‘appjes’ voor. Appjes waar mijn studenten dan ook enthousiast gebruik van maken."

Handreiking

Los daarvan – zijn die dikke lesboeken überhaupt nog wel geschikt vandaag de dag voor wat je als docent je studenten wilt bijbrengen? "Je hebt toch een erkend stuk houvast nodig voor je vak, zo denk je in eerste instantie. Als je dan toch moet kiezen, dan is Materials van Michael Ashby et.al uit Cambridge een prima startpunt. Dat boek is al sterk gericht op ontwerpen en construeren. Het vertelt dingen als: dit is stijfheid als materiaaleigenschap en dit is stijfheid in een buigende balk, enzovoort. Met dat boek ben ik aan de gang gegaan. Maar je mist dan natuurlijk toch weer bepaalde dingen. Ashby heeft een materiaalkundeboek gemaakt dat de handreiking doet richting constructieleer. Maar wat is een vakwerk nou precies en hoe moet je daar aan rekenen? Staat er niet in. Wat is statica ook alweer? Staat er niet in. Ingenieurs-buigtheorie? Idem dito. Nou, daar heb ik dan zelf maar wat over geschreven. En dat kostte echt geen 800+ pagina’s hoor."

Inspanning

Nu klinkt dat eenvoudiger dan het is. "Richard Feynman zei ooit eens: Als je iets echt wil snappen, dan moet je kijken of je het aan de eerstejaars uit kan leggen. Als je dat niet kan, nou, dan snap je het dus nog niet. Die uitspraak herken ik intussen wel. En Feynman had dan nog te maken met natuurkundestudenten, ik met studenten industrieel ontwerpen. En die hebben, laten we zeggen, een zekere argwaan voor formules. Zegt zo’n student bijvoorbeeld tegen mij: "Moet ik dat weten? Ik word later ontwerper. Geen ingenieur." Hartstikke mooi vind ik dat – maakt de uitdaging alleen maar groter! Je moet het verhaal dan niet alleen zelf goed snappen, en kort op kunnen schrijven, maar je moet het ook nog relevant kunnen maken. Dat vraagt een forse inspanning."

"Veel werk dus! Maar het goede nieuws is, en dat merkte ik gaandeweg via gastlezingen, workshops en zo meer, dat de professionals het vaak ook niet meer helemaal weten. Ook zij zouden er dus goed aan doen om die handboeken er regelmatig bij te pakken, of om terug te grijpen naar die dikke stapel lesboeken van vroeger, maar daar hebben ze allemaal de tijd niet voor. En dat is het idee achter deze reeks bijdrages. Zie het als een opfriscursus. Ooit heb je als constructeur in opleiding wekenlang dat vak statica gehad, maar heb je er toen eigenlijk bij stilgestaan waarom je dat allemaal aan het doen was? En er zit meer in dan je denkt, want goed beschouwd geeft diezelfde statica in een notendop de essentie van het pure ‘ingenieursdenken’ weer."

‘(Not) Safe For Designers?’

De reeks bijdragen die op de volgende pagina’s officieel van start gaat onder de noemer ‘(Not) Safe for Designers?’ geeft de lezer feitelijk twee opties. "Het idee is dit: mocht je het soort constructeur of ontwerper zijn die allergisch is voor formules, dan moet je deze reeks maar niet lezen. Wie de Wet van Hooke al te moeilijk vindt, zal deze bijdragen waarschijnlijk niet goed verteren. Maar wie denkt, hé, wacht even, wat betekenen die vergelijkingen nou eigenlijk en wat kan ik er zoal mee?, die is hier aan het goede adres.

En let maar op, want doorgaans zijn vergelijkingen een stuk minder makkelijk te gebruiken dan men wel eens denkt. Genoeg materialen bijvoorbeeld waarvoor zelfs de complete matrixvorm van de Wet van Hooke je niet veel verder helpt. Dit is zo’n geval waar een beetje kennis je flink wat kostbare weken zwoegen met trial-and-error kan besparen."

Grenzen

Als je probeert te begrijpen hoe het echt zit, dan loop je snel tegen de grenzen van je eigen kennis aan. Voor Tempel man is diezelfde Wet van Hooke en prachtig voorbeeld. "De basisvraag is eigenlijk, hoe kan ik het elastisch gedrag van een materiaal simpel maar toch kloppend modelleren? Nou, hoe meer laagjes je van deze ui afpelt, hoe complexer het wordt – natuurlijk niet voor de gemiddelde hoogleraar in de Mechanica der Materialen, maar toch zeker voor de doorsnee constructeur of ontwerper.

Naast de letter ‘E’ duikt er dan namelijk ook een ‘G’ op, en een ‘K’, en ook nog een ‘nu’ (de Griekse letter (v) – red.). Wat hebben die allemaal met elkaar te maken? En wat als mijn materiaal niet isotroop is, of niet-lineair elastisch? Dan hebben we nog het verschijnsel demping en daar heb je dan weer een dempingscoëfficiënt voor. Maar… dat is eigenlijk weer geen coëfficiënt maar een functie van allerlei andere zaken. Lust u nog peultjes?"

Ook voor architecten

Wie dit pad opgaat, ontmoet gaandeweg ook nog een frappant verschil tussen de natuurkunde en de ingenieursbenadering. "Natuurkundig gezien is geen enkel materiaal perfect lineair elastisch – de Wet van Hooke geldt dus eigenlijk nooit. En dus zou een vergeet-me-nietje voor de doorbuiging van een buigende balk niet perfect kloppend kunnen zijn. Maar voor een ingenieur is een paar procentjes afwijking vrijwel nooit een probleem, want er moet iets gebouwd worden, en het moest gisteren al af zijn, en mag niet teveel kosten. Weg dus met al die natuurkundige details, geef me nou gewoon dat vergeet-me-nietje! Daar is deze serie ‘(Not) Safe For Designers?’ dan ook voor bedoeld – en dan mag je van mij de ‘D’ generaliseren tot iedereen die actief is in de construerende wetenschappen: industrieel ontwerpers, werktuigbouwers, civieltechnisch ingenieurs, vliegtuigbouwers… ook architecten mogen van mij zeker meedoen."