Riesci a immaginare la situazione in cui il muso dell'aereo si rompe improvvisamente durante il volo?
Nel 2007, un jet da combattimento F-15 della US Air Force ha avuto una scena così emozionante durante una battaglia aerea simulata. L'incidente ha causato un incaglio su larga scala dei caccia F-15 statunitensi e i risultati dell'indagine hanno mostrato che l'incidente è stato causato dalla fatica di una traversa metallica sull'aereo.
Per coincidenza, nel 2002, un aereo passeggeri Boeing 747 in volo da Taiwan a Hong Kong si è disintegrato e si è schiantato nelle acque vicino a Penghu, uccidendo un totale di 225 persone, compresi i membri dell'equipaggio. Indagini successive hanno concluso che si sono verificate gravi crepe da fatica del metallo in una pelle riparata dell'aereo, che ha causato la caduta della coda e alla fine ha causato la disintegrazione dell'aereo a causa della perdita di pressione nella cabina.
Vedendo questo, molti amici rimarranno perplessi: le persone si stancheranno quando sono stanche, quindi come può stancarsi il metal?
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Separazione del muso e della fusoliera del caccia F-15 e processo di espulsione del pilota fuori dalla cabina
Il processo di separazione del muso del caccia F-15 dalla fusoliera ed espulsione del pilota fuori dalla cabina:
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L'incidente di volo di F-15 è stato causato dalla fatica della traversa nella foto
L'esperienza di vita ci dice che è molto difficile rompere il filo a mano, ma è facile romperlo se viene piegato più volte.
Ciò dimostra che anche se la forza esterna che cambia ripetutamente è molto più piccola della forza costante che può staccare direttamente il metallo, gradualmente indebolirà le sue proprietà meccaniche e alla fine lo distruggerà.
Questo fenomeno del metallo è molto simile alla fatica delle persone che lavorano a lungo termine e gli scienziati lo chiamano vividamente "affaticamento del metallo".
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Esempio di fatica del metallo
Sebbene molte persone non abbiano mai sentito parlare della fatica del metallo, è ampiamente in agguato nella vita quotidiana delle persone, causando spesso incidenti imprevisti e gravi. Si stima che circa il 90% degli incidenti meccanici sia correlato alla fatica del metallo.
Perché il metallo apparentemente duro si affatica?
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Come dice il proverbio, "l'oro non ha colore, ma la giada bianca ha lievi difetti". I metalli che usiamo attualmente non sono perfetti. Durante la lavorazione o l'uso, i metalli presenteranno sempre dei difetti, come impurità o buchi all'interno, graffi sulla superficie, ecc. Questi difetti sono spesso solo dell'ordine dei micron, che sono difficili da osservare ad occhio nudo. Se viene applicata una tensione costante al metallo, non sono soggetti a crepe.
Tuttavia, se la forza esterna cambia ripetutamente, a volte è tensione e talvolta è pressione, una parte dell'energia verrà convertita in calore e accumulata all'interno del metallo. Una volta superato un certo limite, il metallo romperà facilmente i legami chimici tra gli atomi in corrispondenza del difetto, provocando danni strutturali. screpolatura.
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▲ Difetti metallici osservati al microscopio e processo di rottura per fatica del metallo a partire dai difetti
Se una persona è troppo stanca, spesso causerà malattie o addirittura la morte. Se il metallo è stanco, causerà danni maggiori e causerà persino vittime di gruppo.
Oltre agli incidenti di volo sopra menzionati, anche navi, treni, ponti, automobili, ecc. sono spesso causati da disastri dovuti alla fatica del metallo. Durante la seconda guerra mondiale, quasi 1000 incidenti dovuti a fatica del metallo si sono verificati su 5000 navi da carico negli Stati Uniti e più di 200 navi da carico erano completamente fuori servizio; nel 1998, un treno che viaggiava ad alta velocità in Germania deragliava per affaticamento e rottura dei pneumatici delle ruote, uccidendo più di 100 persone...
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▲Nel 1998, l'incidente ferroviario più grave della storia tedesca è stato causato dalla frattura da fatica del pneumatico della ruota
Poiché la fatica del metallo è il risultato di un'azione ripetuta a lungo termine di piccole forze esterne, il metallo non presenta sostanzialmente alcuna deformazione plastica evidente prima della rottura, quindi è spesso difficile rilevare in anticipo la fatica del metallo.
Siamo impotenti contro la fatica del metallo?
Grazie agli incessanti sforzi degli scienziati, esistono molti metodi per rilevare la fatica dei metalli. Ultrasuoni, infrarossi, raggi gamma, ecc. possono tutti eseguire l'esame fisico sui metalli.
Gli scienziati giapponesi hanno anche inventato una vernice speciale mescolata con polvere di titanato di piombo. Quando il metallo viene colpito, una corrente fluirà attraverso il film di vernice sulla superficie metallica e l'entità della corrente è correlata al grado di fatica del metallo. Misurando questo Al fine di ridurre il verificarsi di incidenti da fatica del metallo, gli scienziati hanno anche compiuto grandi sforzi nella preparazione e nell'uso dei metalli.
Quasi tutte le macchine con cui entriamo in contatto nella vita sono fatte di leghe, e raramente usano un solo metallo. Questo perché diverse sostanze nella lega possono riempire gli spazi tra loro, migliorando efficacemente la capacità del metallo di resistere alla fatica.
Durante la lavorazione e l'utilizzo di parti metalliche, mantenere la superficie pulita e lontana da ambienti corrosivi può anche ridurre efficacemente il verificarsi della fatica.
Tuttavia, a causa della complessità dei fattori di influenza, è ancora impossibile evitare completamente l'affaticamento del metallo e gli scienziati hanno ancora molta strada da fare.
