臆说曼内斯曼效应

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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。1887-1889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、广东、江西交界一带）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（今江西崇义境内）。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、赣州等州府，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…于是江西之贼复有四：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，剿灭危害福建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广东乐昌、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，调集江西、湖南、福建、广东、浙江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

图中亮的区域是江西省崇义县，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

来源：力学酒吧微信公众号（ID：Mechanics-Bar），作者：张伟伟 太原科技大学。