Вы можете себе представить ситуацию, когда у самолета во время полета вдруг отламывается нос?
В 2007 году на истребителе F-15 ВВС США произошла захватывающая сцена во время симуляции воздушного боя. Авария вызвала масштабную посадку на землю истребителей F-15 США, и результаты расследования показали, что авария была вызвана усталостью металлического стрингера на самолете.
Так совпало, что в 2002 году пассажирский самолет Боинг 747, летевший из Тайваня в Гонконг, разбился в водах недалеко от Пэнху, в результате чего погибло 225 человек, включая членов экипажа. Последующие исследования пришли к выводу, что в отремонтированной обшивке самолета произошло сильное усталостное растрескивание металла, что привело к отваливанию хвостовой части и, в конечном итоге, к разрушению самолета из-за потери давления в кабине.
Увидев это, многие друзья будут озадачены: люди устают, когда устают, так как же может устать металл?
картина
Разделение носовой части и фюзеляжа истребителя F-15 и процесс катапультирования пилота из кабины
Процесс отделения носовой части истребителя F-15 от фюзеляжа и катапультирования пилота из кабины:
картина
Летное происшествие F-15 произошло из-за усталости стрингера на фото.
Жизненный опыт подсказывает, что разорвать проволоку руками очень сложно, но легко сломать, если согнуть ее в несколько раз.
Это показывает, что даже если постоянно меняющаяся внешняя сила намного меньше, чем постоянная сила, которая может непосредственно отрывать металл, она будет постепенно ослаблять его механические свойства и, в конце концов, разрушать его.
Это явление металла очень похоже на утомление людей при длительной работе, и ученые образно называют его «усталостью металла».
картина
Пример усталости металла
Хотя многие люди никогда не слышали об усталости металла, она широко распространена в повседневной жизни людей, часто вызывая неожиданные и серьезные аварии. Подсчитано, что около 90 процентов механических аварий связаны с усталостью металла.
Почему, казалось бы, твердый металл устает?
поиск
Как говорится, «золото не имеет цвета, а белый нефрит имеет небольшие изъяны». Металлы, которые мы используем в настоящее время, не идеальны. Во время обработки или использования металлы всегда будут иметь какие-то дефекты, такие как загрязнения или отверстия внутри, царапины на поверхности и т.п. Эти дефекты часто имеют размер порядка микрона, и их трудно заметить невооруженным глазом. Если к металлу приложено постоянное напряжение, они не подвержены трещинам.
Однако если внешняя сила многократно изменяется, иногда это напряжение, а иногда давление, то часть энергии будет переходить в тепло и накапливаться внутри металла. Как только он превысит определенный предел, металл легко разорвет химические связи между атомами в месте дефекта, что приведет к структурным повреждениям. растрескивание.
картина
▲Дефекты металла, наблюдаемые под микроскопом, и процесс усталостного растрескивания металла, начинающийся с дефектов
Если человек переутомлен, это часто становится причиной болезни или даже смерти. Если металл устал, он принесет больший вред и даже станет причиной групповых жертв.
Помимо упомянутых выше летных происшествий, корабли, поезда, мосты, автомобили и т. д. также часто бывают вызваны катастрофами, вызванными усталостью металла. Во время Второй мировой войны на 5000 грузовых судах в США произошло почти 1000 несчастный случай, связанный с усталостью металла, и более 200 грузовых судов полностью вышли из строя; В 1998 году поезд, шедший на большой скорости в Германии, сошел с рельсов из-за усталости и разрыва шин колес, в результате чего погибло более 100 человек...
картина
▲В 1998 году причиной самой серьезной железнодорожной аварии в истории Германии стало усталостное разрушение шины колеса.
Поскольку усталость металла является результатом многократного длительного воздействия небольших внешних сил, металл в основном не имеет явной пластической деформации перед растрескиванием, поэтому часто бывает трудно заранее обнаружить усталость металла.
Разве мы беспомощны против усталости металла?
Благодаря неустанным усилиям ученых существует множество методов обнаружения усталости металлов. Ультразвуковые, инфракрасные, гамма-лучи и т. д. могут выполнять физическое обследование металлов.
Японские ученые также изобрели специальную краску, смешанную с порошком титаната свинца. При ударе по металлу через пленку краски на поверхности металла будет протекать ток, величина которого зависит от степени усталости металла. Измеряя это, чтобы уменьшить количество несчастных случаев, связанных с усталостью металлов, ученые также приложили большие усилия для подготовки и использования металлов.
Почти все машины, с которыми мы сталкиваемся в жизни, сделаны из сплавов и редко используют один металл. Это связано с тем, что несколько веществ в сплаве могут заполнять промежутки между собой, эффективно улучшая способность металла сопротивляться усталости.
При обработке и использовании металлических деталей содержание поверхности в чистоте и вдали от агрессивных сред также может эффективно снизить возникновение усталости.
Однако из-за сложности влияющих факторов полностью избежать усталости металла пока невозможно, и ученым еще предстоит пройти долгий путь.
