Wyobrażacie sobie sytuację, w której dziób samolotu nagle się odłamuje podczas lotu?
W 2007 roku myśliwiec F-15 Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych miał taką ekscytującą scenę podczas symulowanej bitwy powietrznej. Wypadek spowodował uziemienie na dużą skalę amerykańskich myśliwców F-15, a wyniki dochodzenia wykazały, że przyczyną wypadku było zmęczenie metalowego podłużnicy samolotu.
Przypadkowo w 2002 roku samolot pasażerski Boeing 747 lecący z Tajwanu do Hongkongu rozpadł się i rozbił na wodach w pobliżu Penghu, zabijając łącznie 225 osób, w tym członków załogi. Późniejsze badania wykazały, że w naprawionym poszyciu samolotu wystąpiły poważne pęknięcia zmęczeniowe metalu, które spowodowały odpadnięcie ogona i ostatecznie dezintegrację samolotu z powodu utraty ciśnienia w kabinie.
Widząc to, wielu przyjaciół będzie zdziwionych: ludzie będą się męczyć, kiedy są zmęczeni, więc jak metal może się męczyć?
zdjęcie
Oddzielenie dziobu i kadłuba myśliwca F-15 oraz proces wyrzucania pilota z kabiny
Proces oddzielania dziobu myśliwca F-15 od kadłuba i wyrzucania pilota z kabiny:
zdjęcie
Wypadek samolotu F-15 był spowodowany zmęczeniem podłużnicy widocznej na zdjęciu
Doświadczenie życiowe mówi nam, że bardzo trudno jest złamać drut ręcznie, ale łatwo go złamać, jeśli zostanie złożony kilka razy.
Pokazuje to, że nawet jeśli wielokrotnie zmieniająca się siła zewnętrzna jest znacznie mniejsza niż stała siła, która może bezpośrednio odciągnąć metal, stopniowo osłabi jego właściwości mechaniczne i ostatecznie go zniszczy.
To zjawisko metalu jest bardzo podobne do zmęczenia ludzi w trakcie długotrwałej pracy, a naukowcy obrazowo nazywają to „zmęczeniem metalu”.
zdjęcie
Przykład zmęczenia metalu
Chociaż wiele osób nigdy nie słyszało o zmęczeniu metali, jest ono powszechnie obecne w codziennym życiu ludzi, często powodując nieoczekiwane i poważne wypadki. Szacuje się, że około 90 procent wypadków mechanicznych związanych jest ze zmęczeniem metalu.
Dlaczego pozornie twardy metal się męczy?
szukaj
Jak mówi przysłowie: „złoto nie ma koloru, ale biały jadeit ma niewielkie wady”. Metale, których obecnie używamy, nie są doskonałe. Podczas obróbki lub użytkowania metale zawsze będą miały jakieś wady, takie jak zanieczyszczenia lub dziury w środku, rysy na powierzchni itp. Ślady. Wady te są często rzędu mikronów, które są trudne do zaobserwowania gołym okiem. Jeśli do metalu przykłada się stałe napięcie, nie są one podatne na pęknięcia.
Jeśli jednak siła zewnętrzna zmienia się wielokrotnie, czasami jest to napięcie, a czasami ciśnienie, część energii zostanie zamieniona na ciepło i zgromadzona wewnątrz metalu. Gdy przekroczy pewną granicę, metal łatwo zerwie wiązania chemiczne między atomami w miejscu defektu, powodując uszkodzenia strukturalne. Pękanie.
zdjęcie
▲Defekty metalu obserwowane pod mikroskopem i rozpoczynający się od defektów proces pękania zmęczeniowego metalu
Jeśli dana osoba jest przemęczona, często powoduje chorobę, a nawet śmierć. Jeśli metal jest zmęczony, przyniesie większe szkody, a nawet spowoduje ofiary grupowe.
Oprócz wyżej wymienionych wypadków lotniczych, statki, pociągi, mosty, samochody itp. są często spowodowane katastrofami związanymi ze zmęczeniem metalu. Podczas II wojny światowej na 5,{3}} statkach towarowych w Stanach Zjednoczonych doszło do prawie 1,000 wypadków zmęczeniowych, a ponad 200 statków towarowych zostało całkowicie wyłączonych z eksploatacji; w 1998 pociąg jadący z dużą prędkością w Niemczech wykoleił się z powodu zmęczenia i pęknięcia opon w kołach, zabijając ponad 100 osób...
zdjęcie
▲W 1998 r. najpoważniejszy wypadek kolejowy w historii Niemiec był spowodowany pęknięciem zmęczeniowym opony koła
Ponieważ zmęczenie metalu jest wynikiem powtarzającego się długotrwałego działania niewielkich sił zewnętrznych, metal zasadniczo nie wykazuje widocznego odkształcenia plastycznego przed pęknięciem, dlatego często trudno jest wykryć zmęczenie metalu z wyprzedzeniem.
Czy jesteśmy bezradni wobec zmęczenia metalu?
Dzięki nieustannym wysiłkom naukowców istnieje wiele metod wykrywania zmęczenia metali. Ultradźwięki, podczerwień, promienie gamma itp. Mogą przeprowadzać fizyczne badanie metali.
Japońscy naukowcy wynaleźli również specjalną farbę zmieszaną z proszkiem tytanianu ołowiu. Gdy metal zostanie uderzony, prąd przepłynie przez warstwę farby na metalowej powierzchni, a wielkość prądu jest związana ze stopniem zmęczenia metalu. Mierząc to Aby ograniczyć występowanie wypadków związanych ze zmęczeniem metali, naukowcy włożyli również wiele wysiłku w przygotowanie i wykorzystanie metali.
Prawie wszystkie maszyny, z którymi stykamy się w życiu, są wykonane ze stopów i rzadko używają jednego metalu. Dzieje się tak, ponieważ kilka substancji w stopie może wypełniać luki między sobą, skutecznie poprawiając odporność metalu na zmęczenie.
Podczas obróbki i używania części metalowych utrzymywanie powierzchni w czystości i z dala od środowisk korozyjnych może również skutecznie zmniejszyć występowanie zmęczenia materiału.
Jednak ze względu na złożoność czynników wpływających nadal nie można całkowicie uniknąć zmęczenia metalu, a przed naukowcami jest jeszcze długa droga.
