Können Sie sich die Situation vorstellen, in der während des Fluges plötzlich die Nase des Flugzeugs abbricht?
Im Jahr 2007 erlebte ein F-15-Kampfflugzeug der US Air Force während einer simulierten Luftschlacht eine so spannende Szene. Der Unfall führte zu einem großflächigen Flugverbot für die US-amerikanischen F-15-Kampfflugzeuge, und die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass der Unfall durch die Ermüdung eines Metallstrings am Flugzeug verursacht wurde.
Zufälligerweise löste sich im Jahr 2002 ein Passagierflugzeug vom Typ Boeing 747 auf dem Flug von Taiwan nach Hongkong auf und stürzte in den Gewässern in der Nähe von Penghu ab, wobei insgesamt 225 Menschen, darunter auch Besatzungsmitglieder, ums Leben kamen. Nachfolgende Untersuchungen kamen zu dem Schluss, dass in einer reparierten Außenhaut des Flugzeugs schwere Metallermüdungsrisse auftraten, die zum Abfallen des Hecks und schließlich zum Zerfall des Flugzeugs aufgrund des Druckverlusts in der Kabine führten.
Wenn sie das sehen, werden viele Freunde verwirrt sein: Menschen werden müde, wenn sie müde sind. Wie kann also Metall müde werden?
Bild
Trennung von Nase und Rumpf des F-15-Kampfflugzeugs und der Vorgang des Auswerfens des Piloten aus der Kabine
Der Vorgang, bei dem die Nase des F-15-Jägers vom Rumpf getrennt und der Pilot aus der Kabine geschleudert wird:
Bild
Der Flugunfall von F-15 wurde durch die Ermüdung des Stringers im Bild verursacht
Die Lebenserfahrung lehrt uns, dass es sehr schwierig ist, den Draht von Hand zu brechen, aber er kann leicht brechen, wenn er mehrmals gefaltet wird.
Dies zeigt, dass selbst wenn die sich ständig ändernde äußere Kraft viel kleiner ist als die konstante Kraft, die das Metall direkt abziehen kann, seine mechanischen Eigenschaften allmählich geschwächt werden und es schließlich zerstört wird.
Dieses Metallphänomen ist der Ermüdung von Menschen bei Langzeitarbeit sehr ähnlich und wird von Wissenschaftlern treffend als „Metallermüdung“ bezeichnet.
Bild
Beispiel für Metallermüdung
Obwohl viele Menschen noch nie von Metallermüdung gehört haben, lauert sie im täglichen Leben der Menschen und führt oft zu unerwarteten und schweren Unfällen. Es wird geschätzt, dass etwa 90 Prozent der mechanischen Unfälle auf Metallermüdung zurückzuführen sind.
Warum ermüdet scheinbar hartes Metall?
suchen
Wie das Sprichwort sagt: „Gold hat keine Farbe, aber weiße Jade hat leichte Mängel.“ Die Metalle, die wir derzeit verwenden, sind nicht perfekt. Während der Verarbeitung oder Verwendung weisen Metalle immer einige Mängel auf, wie z. B. Verunreinigungen oder Löcher im Inneren, Kratzer auf der Oberfläche usw. Diese Defekte liegen oft nur in der Größenordnung von Mikrometern und sind mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen. Wenn auf das Metall eine konstante Spannung ausgeübt wird, neigen sie nicht zu Rissen.
Ändert sich jedoch die äußere Kraft wiederholt, mal ist es Spannung, mal Druck, wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt und im Metall gespeichert. Sobald sie einen bestimmten Grenzwert überschreitet, bricht das Metall leicht die chemischen Bindungen zwischen den Atomen am Defekt auf, was zu strukturellen Schäden führt. knacken.
Bild
▲Unter einem Mikroskop beobachtete Metallfehler und der von den Fehlern ausgehende Prozess der Metallermüdungsrissbildung
Wenn ein Mensch übermüdet ist, führt dies oft zu Krankheiten oder sogar zum Tod. Wenn Metall ermüdet, wird es größeren Schaden anrichten und sogar zu Gruppenverlusten führen.
Neben den oben genannten Flugunfällen kommt es auch bei Schiffen, Zügen, Brücken, Autos usw. häufig zu Unfällen mit Metallermüdung. Während des Zweiten Weltkriegs kam es in den Vereinigten Staaten zu fast 1.{1}} Metallermüdungsunfällen auf 5.{3}} Frachtschiffen und mehr als 200 Frachtschiffe waren völlig außer Betrieb; 1998 entgleiste ein mit hoher Geschwindigkeit fahrender Zug in Deutschland aufgrund von Ermüdung und Bruch von Radreifen, wobei mehr als 100 Menschen ums Leben kamen...
Bild
▲Im Jahr 1998 kam es durch den Ermüdungsbruch des Radreifens zum schwersten Zugunglück der deutschen Geschichte
Da Metallermüdung das Ergebnis der wiederholten langfristigen Einwirkung kleiner äußerer Kräfte ist, weist das Metall vor der Rissbildung grundsätzlich keine offensichtliche plastische Verformung auf, sodass es oft schwierig ist, Metallermüdung im Voraus zu erkennen.
Sind wir der Metallermüdung hilflos ausgeliefert?
Dank der unermüdlichen Bemühungen von Wissenschaftlern gibt es viele Methoden, um die Ermüdung von Metallen zu erkennen. Ultraschall, Infrarot, Gammastrahlen usw. können physikalische Untersuchungen an Metallen durchführen.
Japanische Wissenschaftler erfanden außerdem eine spezielle Farbe, gemischt mit Bleititanat-Pulver. Wenn das Metall getroffen wird, fließt ein Strom durch den Lackfilm auf der Metalloberfläche, und die Stärke des Stroms hängt vom Ermüdungsgrad des Metalls ab. Um das Auftreten von Metallermüdungsunfällen zu reduzieren, haben Wissenschaftler auch große Anstrengungen bei der Aufbereitung und Verwendung von Metallen unternommen.
Fast alle Maschinen, mit denen wir im Leben in Kontakt kommen, bestehen aus Legierungen und verwenden selten ein einziges Metall. Dies liegt daran, dass mehrere Stoffe in der Legierung die Lücken untereinander füllen können und so die Widerstandsfähigkeit des Metalls gegenüber Ermüdungserscheinungen effektiv verbessern.
Bei der Verarbeitung und Verwendung von Metallteilen kann das Auftreten von Ermüdungserscheinungen ebenfalls wirksam verringert werden, indem die Oberfläche sauber gehalten und von korrosiven Umgebungen ferngehalten wird.
Aufgrund der Komplexität der Einflussfaktoren lässt sich die Metallermüdung jedoch noch nicht vollständig vermeiden und die Wissenschaftler haben noch einen weiten Weg vor sich.
