Katastrofa łodzi Titan, w czasie ekspedycji w czerwcu 2023 r. do wraku Titanica, uśmierciła pięć osób, w tym szefa firmy OceanGate organizującej wyprawy, miliardera urzeczonego ideą zanurzania się w tak kolosalnej głębi (4 tys. m), w celu dotarcia do legendarnego liniowca. To przykład, jak złożoność zjawisk fizycznych i technicznej na nie odpowiedzi przekracza wyobraźnię ludzi dotkniętych pychą „odkrywców” (prawdę mówiąc nie było tu już nic do odkrycia). Chętnych do podróży epatowano jakością materiałów użytych do konstrukcji Titana – stali, tytanu, włókna węglowego, kevlaru. Podstawowe parametry tych materiałów rzeczywiście są rekordowe. Stal ultrawytrzymała ma wytrzymałość na rozciąganie ok. 1500 MPa, granicę plastyczności – 1100 MPa. Najnowszy stop tytanu – odpowiednio 895 i 828 MPa, włókno węglowe – nie mniej niż 2500 MPa na rozciąganie, kevlar (pojedyncze włókno) – 3620 MPa. Ciśnienie na dnie obok Titanica wynosi ok. 40 MPa. Robi wrażenie? Niestety, największe chyba wrażenie zrobiło na entuzjastach, którzy za wyprawę zapłacili setki tysięcy USD.
Powyższe liczby dotyczą prostego rozciągania. Lecz konstrukcja Titana, przypominająca banan, nasuwa wątpliwości. Jak wiadomo, wielkości statyczne (siły prostopadłe i styczne do przekroju oraz momenty sił, a zatem naprężenia, jakie powodują) zależne są od geometrii konstrukcji. Gra tu też rolę złożony stan naprężeń (różne kierunki rozciągania, ścinania, zginania, skręcania przekroju) zgodnie z hipotezą Hubera-Misesa-Henckego, oraz połączenia tak różnych materiałów. Do wiarygodnych obliczeń należałoby użyć zaawansowanego oprogramowania, tensometrów, komory wysokich ciśnień, przynajmniej do badań modelowych (o wynikach przeliczalnych na warunki rzeczywiste). Jak oznajmił sam szef firmy, odpowiednich badań nie przeprowadzono, gdyż konstrukcja była „zbyt zaawansowana”, a testy załogowe „niemożliwe do przeprowadzenia”. Jak więc udało się, aż 19 zanurzeń do wraku? Przy odpowiedzi może pomóc uwaga znakomitego fachowca z Akademii Morskiej w Szczecinie, Roberta Dmochowskiego: Do potwornego ciśnienia dochodzą także naprężenia wynikające z jego zmian. Są przyczyną zjawisk, znanych jako naprężenia zmęczeniowe. Charakteryzują się one skrytością i podstępnością. Głównym źródłem zmęczenia były rejsy do i z głębin, wzmacniane dodatkowo wibracyjnym działaniem silników montowanych niemal bezpośrednio na konstrukcji komory załogowe. W wyniku obciążeń, powtarzanych cyklicznie, elementy konstrukcji często ulegają zniszczeniu przy naprężeniach znacznie niższych od wytrzymałości doraźnej na rozciąganie danego materiału określonej z prób statycznych. Dodajmy, że kevlar, którego użyto do powleczenia łodzi, ulega degradacji w wyniku działania UV, a więc starzeniu, co też jest swoistym zmęczeniem. A łódź od 5 lat wystawiana była na słońce. To próba odpowiedzi technicznej. A inna odpowiedź, to siła legendy Titanica, jaką utwierdził film Jamesa Camerona. Tragedia Titanica przyniosła tragedię Titana.
Zygmunt Jazukiewicz
