Kun je je de situatie voorstellen waarbij de neus van het vliegtuig tijdens de vlucht plotseling afbreekt?
In 2007 had een F-15 straaljager van de Amerikaanse luchtmacht zo'n spannende scène tijdens een gesimuleerd luchtgevecht. Het ongeval veroorzaakte een grootschalige aan de grond houden van de Amerikaanse F-15 straaljagers en de onderzoeksresultaten toonden aan dat het ongeval werd veroorzaakt door de vermoeidheid van een metalen stringer in het vliegtuig.
Toevallig viel in 2002 een Boeing 747-passagiersvliegtuig dat van Taiwan naar Hong Kong vloog uiteen en stortte neer in de wateren bij Penghu, waarbij in totaal 225 mensen om het leven kwamen, inclusief bemanningsleden. Latere onderzoeken concludeerden dat er ernstige metaalmoeheidsscheuren optraden in een gerepareerde huid van het vliegtuig, waardoor de staart eraf viel en uiteindelijk het vliegtuig desintegreerde als gevolg van het drukverlies in de cabine.
Als ze dit zien, zullen veel vrienden verbaasd zijn: mensen worden moe als ze moe zijn, dus hoe kan metaal moe worden?
afbeelding
Scheiding van de neus en romp van de F-15 straaljager en het proces van het uitwerpen van de piloot uit de cabine
Het proces van het scheiden van de neus van de F-15-jager van de romp en het uitwerpen van de piloot uit de cabine:
afbeelding
Het vluchtongeval van F-15 werd veroorzaakt door de vermoeidheid van de stringer op de foto
Levenservaring leert ons dat het erg moeilijk is om de draad met de hand te breken, maar het is gemakkelijk te breken als hij meerdere keren wordt gevouwen.
Dit toont aan dat zelfs als de herhaaldelijk veranderende externe kracht veel kleiner is dan de constante kracht die het metaal er direct af kan trekken, het zijn mechanische eigenschappen geleidelijk zal verzwakken en het uiteindelijk zal vernietigen.
Dit fenomeen van metaal lijkt erg op de vermoeidheid van mensen die langdurig werken, en wetenschappers noemen het levendig "metaalmoeheid".
afbeelding
Voorbeeld van metaalmoeheid
Hoewel veel mensen nog nooit van metaalmoeheid hebben gehoord, ligt het alom op de loer in het dagelijks leven van mensen en veroorzaakt het vaak onverwachte en ernstige ongelukken. Geschat wordt dat ongeveer 90 procent van de mechanische ongevallen verband houdt met metaalmoeheid.
Waarom wordt schijnbaar hard metaal moe?
zoekopdracht
Zoals het gezegde luidt: "Goud heeft geen kleur, maar witte jade heeft lichte gebreken." De metalen die we momenteel gebruiken zijn niet perfect. Tijdens de verwerking of het gebruik zullen metalen altijd enkele gebreken vertonen, zoals onzuiverheden of gaten aan de binnenkant, krassen op het oppervlak, enz. Markering. Deze defecten zijn vaak slechts in de orde van grootte van microns, die moeilijk met het blote oog waar te nemen zijn. Als er een constante spanning op het metaal wordt uitgeoefend, zijn ze niet vatbaar voor scheuren.
Als de externe kracht echter herhaaldelijk verandert, soms is het spanning en soms is het druk, zal een deel van de energie worden omgezet in warmte en zich ophopen in het metaal. Zodra het een bepaalde limiet overschrijdt, zal het metaal gemakkelijk de chemische bindingen tussen atomen bij het defect verbreken, wat resulteert in structurele schade. kraken.
afbeelding
▲ Metaaldefecten waargenomen onder een microscoop en het proces van metaalmoeheidsscheuren vanaf de defecten
Als een persoon oververmoeid is, veroorzaakt dit vaak ziekte of zelfs de dood. Als metaal moe is, zal het meer schade aanrichten en zelfs groepsslachtoffers veroorzaken.
Naast de hierboven genoemde vliegongevallen worden ook schepen, treinen, bruggen, auto's etc. vaak veroorzaakt door metaalmoeheidsrampen. Tijdens de Tweede Wereldoorlog vonden er bijna 1,000 ongevallen met metaalmoeheid plaats op 5,000 vrachtschepen in de Verenigde Staten, en meer dan 200 vrachtschepen waren volledig buiten dienst; in 1998 ontspoorde een trein die met hoge snelheid in Duitsland reed door vermoeidheid en breuk van wielbanden, waarbij meer dan 100 mensen om het leven kwamen...
afbeelding
▲In 1998 werd het ernstigste treinongeluk in de Duitse geschiedenis veroorzaakt door de vermoeidheidsbreuk van de wielband
Omdat metaalmoeheid het resultaat is van herhaalde langdurige werking van kleine externe krachten, vertoont het metaal in principe geen duidelijke plastische vervorming voordat het barst, dus is het vaak moeilijk om metaalmoeheid van tevoren te detecteren.
Zijn we hulpeloos tegen metaalmoeheid?
Door de niet-aflatende inspanningen van wetenschappers zijn er veel methoden om de vermoeidheid van metalen te detecteren. Ultrasoon, infrarood, gammastralen, enz. kunnen allemaal lichamelijk onderzoek uitvoeren op metalen.
Japanse wetenschappers hebben ook een speciale verf uitgevonden die is gemengd met loodtitanaatpoeder. Wanneer het metaal wordt geraakt, zal er een stroom door de verffilm op het metalen oppervlak vloeien en de grootte van de stroom is gerelateerd aan de vermoeidheidsgraad van het metaal. Door dit te meten Om het optreden van metaalmoeheidsongevallen te verminderen, hebben wetenschappers ook grote inspanningen geleverd bij de bereiding en het gebruik van metalen.
Bijna alle machines waarmee we in het leven in aanraking komen, zijn gemaakt van legeringen en gebruiken zelden een enkel metaal. Dit komt omdat verschillende stoffen in de legering de openingen tussen elkaar kunnen opvullen, waardoor het vermogen van het metaal om vermoeidheid te weerstaan effectief wordt verbeterd.
Bij het verwerken en gebruiken van metalen onderdelen kan het voorkomen van vermoeidheid effectief worden verminderd door het oppervlak schoon te houden en uit de buurt van corrosieve omgevingen te houden.
Vanwege de complexiteit van de beïnvloedende factoren is het echter nog steeds onmogelijk om metaalmoeheid volledig te vermijden en hebben wetenschappers nog een lange weg te gaan.
