Voitteko kuvitella tilanteen, jossa koneen nenä katkeaa yhtäkkiä lennon aikana?
Vuonna 2007 Yhdysvaltain ilmavoimien F-15-hävittäjällä oli niin jännittävä kohtaus simuloidun ilmataistelun aikana. Onnettomuus aiheutti USA:n F-15-hävittäjälentokoneiden laajamittaisen pohjakosketuksen, ja tutkintatulokset osoittivat, että onnettomuus johtui koneessa olevan metallilangan väsymisestä.
Sattumalta vuonna 2002 Taiwanista Hongkongiin lentävä Boeing 747 -matkustajakone hajosi ja syöksyi vesille lähellä Penghua tappaen yhteensä 225 ihmistä, mukaan lukien miehistön jäsenet. Myöhemmät tutkimukset päättelivät, että lentokoneen korjatussa ihossa tapahtui vakavaa metallin väsymishalkeilua, joka aiheutti hännän putoamisen ja lopulta aiheutti lentokoneen hajoamisen matkustamon paineen alenemisen vuoksi.
Tämän nähdessään monet ystävät ovat ymmällään: ihmiset väsyvät, kun he ovat väsyneitä, joten kuinka metalli voi väsyä?
kuva
F-15-hävittäjäkoneen nokan ja rungon irrottaminen ja lentäjän karkottaminen matkustamosta
Prosessi, jossa F-15-hävittäjän nokka irrotetaan rungosta ja lentäjä heitetään ulos hytistä:
kuva
F-15:n lento-onnettomuus johtui kuvassa olevan stringerin väsymyksestä
Elämänkokemus kertoo, että lankaa on erittäin vaikea katkaista käsin, mutta se on helppo katkaista, jos se taitetaan useita kertoja.
Tämä osoittaa, että vaikka toistuvasti muuttuva ulkoinen voima on paljon pienempi kuin vakiovoima, joka voi suoraan vetää metallin irti, se heikentää vähitellen sen mekaanisia ominaisuuksia ja lopulta tuhoaa sen.
Tämä metalliilmiö on hyvin samanlainen kuin pitkäaikaistyössä olevien ihmisten väsymys, ja tutkijat kutsuvat sitä elävästi "metallin väsymykseksi".
kuva
Esimerkki metallin väsymisestä
Vaikka monet ihmiset eivät ole koskaan kuulleet metallin väsymisestä, se piilee laajalti ihmisten jokapäiväisessä elämässä ja aiheuttaa usein odottamattomia ja vakavia onnettomuuksia. On arvioitu, että noin 90 prosenttia mekaanisista onnettomuuksista liittyy metallin väsymiseen.
Miksi näennäisesti kova metalli väsyy?
Hae
Kuten sanonta kuuluu, "kullalla ei ole väriä, mutta valkoisessa jadessa on pieniä puutteita." Tällä hetkellä käyttämämme metallit eivät ole täydellisiä. Käsittelyn tai käytön aikana metalleissa on aina joitain vikoja, kuten epäpuhtauksia tai reikiä sisällä, naarmuja pinnassa jne. jälkiä. Nämä viat ovat usein vain mikrometrien luokkaa, joita on vaikea havaita paljaalla silmällä. Jos metalliin kohdistetaan jatkuvaa jännitystä, ne eivät ole alttiita halkeilulle.
Jos ulkoinen voima kuitenkin muuttuu toistuvasti, toisinaan jännitystä ja toisinaan painetta, osa energiasta muuttuu lämmöksi ja kerääntyy metallin sisään. Kun se ylittää tietyn rajan, metalli rikkoo helposti kemialliset sidokset atomien välillä vialla, mikä johtaa rakenteellisiin vaurioihin. halkeilua.
kuva
▲ Mikroskoopilla havaitut metalliviat ja metallin väsymishalkeiluprosessi vioista alkaen
Jos henkilö on yliväsynyt, se aiheuttaa usein sairauden tai jopa kuoleman. Jos metalli on väsynyt, se aiheuttaa suurempaa vahinkoa ja jopa ryhmävahinkoja.
Edellä mainittujen lento-onnettomuuksien lisäksi laivat, junat, sillat, autot jne. ovat usein myös metallin väsymiskatastrofien aiheuttamia. Toisen maailmansodan aikana lähes 1,000 metallin väsymisonnettomuutta tapahtui 5,000 rahtialuksella Yhdysvalloissa, ja yli 200 rahtilaivaa oli kokonaan pois käytöstä. Vuonna 1998 Saksassa suurella nopeudella kulkenut juna suistui raiteilta väsymisen ja renkaiden murtuman vuoksi ja tappoi yli 100 ihmistä...
kuva
▲Vuonna 1998 Saksan historian vakavin junaonnettomuus johtui pyörän renkaan väsymismurtosta
Koska metallin väsyminen on seurausta pienten ulkoisten voimien toistuvasta pitkäaikaisesta vaikutuksesta, metallilla ei periaatteessa ole ilmeistä plastista muodonmuutosta ennen halkeilua, joten metallin väsymistä on usein vaikea havaita etukäteen.
Olemmeko avuttomia metallin väsymistä vastaan?
Tiedemiesten hellittämättömien ponnistelujen ansiosta on olemassa monia menetelmiä metallien väsymisen havaitsemiseksi. Ultraääni, infrapuna, gammasäteet jne. voivat kaikki suorittaa metallien fyysisen tutkimuksen.
Japanilaiset tutkijat keksivät myös erityisen maalin, johon on sekoitettu lyijytitanaattijauhetta. Kun metalliin osuu, metallipinnalla olevan maalikalvon läpi kulkee virta ja virran suuruus on suhteessa metallin väsymisasteeseen. Tätä mittaamalla Metallien väsymisonnettomuuksien vähentämiseksi tutkijat ovat panostaneet paljon myös metallien valmistukseen ja käyttöön.
Lähes kaikki koneet, joiden kanssa tulemme kosketuksiin elämässä, on valmistettu metalliseoksista, ja niissä käytetään harvoin yhtä metallia. Tämä johtuu siitä, että useat lejeeringin aineet voivat täyttää toistensa väliset raot, mikä parantaa tehokkaasti metallin kykyä vastustaa väsymystä.
Metalliosia käsiteltäessä ja käytettäessä pinnan pitäminen puhtaana ja erossa syövyttävistä ympäristöistä voi myös vähentää tehokkaasti väsymistä.
Vaikuttavien tekijöiden monimutkaisuuden vuoksi metallien väsymistä on kuitenkin edelleen mahdotonta täysin välttää, ja tutkijoilla on vielä pitkä matka kuljettavanaan.
