Você pode imaginar a situação em que o nariz do avião se quebra repentinamente durante o vôo?
Em 2007, um caça a jato F-15 da Força Aérea dos Estados Unidos teve uma cena emocionante durante uma batalha aérea simulada. O acidente causou um aterramento em larga escala dos caças F-15 dos EUA, e os resultados da investigação mostraram que o acidente foi causado pela fadiga de uma longarina de metal do avião.
Coincidentemente, em 2002, um avião de passageiros Boeing 747 voando de Taiwan para Hong Kong se desintegrou e caiu nas águas perto de Penghu, matando um total de 225 pessoas, incluindo membros da tripulação. Investigações subsequentes concluíram que severas rachaduras por fadiga de metal ocorreram em uma pele reparada na aeronave, o que causou a queda da cauda e, eventualmente, a desintegração da aeronave devido à perda de pressão na cabine.
Vendo isso, muitos amigos ficarão confusos: as pessoas ficam cansadas quando estão cansadas, então como o metal pode se cansar?
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Separação do nariz e fuselagem do caça F-15 e o processo de ejeção do piloto para fora da cabine
O processo de separar o nariz do caça F-15 da fuselagem e ejetar o piloto para fora da cabine:
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O acidente de voo do F-15 foi causado pelo cansaço do longarina da foto
A experiência de vida nos diz que é muito difícil quebrar o fio manualmente, mas é fácil quebrá-lo se for dobrado várias vezes.
Isso mostra que, mesmo que a força externa que muda repetidamente seja muito menor do que a força constante que pode puxar diretamente o metal, ela gradualmente enfraquecerá suas propriedades mecânicas e, eventualmente, o destruirá.
Esse fenômeno do metal é muito semelhante ao cansaço das pessoas em trabalhos de longo prazo, e os cientistas chamam isso de "fadiga do metal".
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Exemplo de Fadiga de Metal
Embora muitas pessoas nunca tenham ouvido falar em fadiga de metal, ela está amplamente presente no dia a dia das pessoas, muitas vezes causando acidentes graves e inesperados. Estima-se que cerca de 90% dos acidentes mecânicos estejam relacionados à fadiga do metal.
Por que o metal aparentemente duro se cansa?
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Como diz o ditado, "o ouro não tem cor, mas o jade branco tem pequenas falhas". Os metais que usamos atualmente não são perfeitos. Durante o processamento ou uso, os metais sempre apresentarão alguns defeitos, como impurezas ou furos no interior, arranhões na superfície, etc. Esses defeitos geralmente são apenas da ordem de mícrons, difíceis de observar a olho nu. Se uma tensão constante for aplicada ao metal, eles não são propensos a rachaduras.
No entanto, se a força externa mudar repetidamente, às vezes é tensão e às vezes é pressão, uma parte da energia será convertida em calor e acumulada no interior do metal. Uma vez que exceda um certo limite, o metal quebrará facilmente as ligações químicas entre os átomos no defeito, resultando em danos estruturais. quebrando.
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▲ Defeitos metálicos observados ao microscópio e o processo de trincamento por fadiga do metal a partir dos defeitos
Se uma pessoa estiver muito cansada, muitas vezes isso causará doenças ou até a morte. Se o metal estiver cansado, trará maiores danos e até causará baixas em grupo.
Além dos acidentes aéreos mencionados acima, navios, trens, pontes, carros, etc. também são frequentemente causados por desastres de fadiga de metal. Durante a Segunda Guerra Mundial, quase 1,000 acidentes de fadiga de metal ocorreram em 5,000 navios de carga nos Estados Unidos, e mais de 200 navios de carga ficaram completamente fora de serviço; em 1998, um trem que trafegava em alta velocidade na Alemanha descarrilou por fadiga e fratura dos pneus das rodas, matando mais de 100 pessoas...
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▲Em 1998, o acidente ferroviário mais grave da história da Alemanha foi causado pela fratura por fadiga do pneu da roda
Como a fadiga do metal é o resultado da ação repetida a longo prazo de pequenas forças externas, o metal basicamente não apresenta deformação plástica óbvia antes da trinca, portanto, muitas vezes é difícil detectar a fadiga do metal com antecedência.
Somos impotentes contra a fadiga do metal?
Através dos esforços incessantes dos cientistas, existem muitos métodos para detectar a fadiga dos metais. Ultrassom, infravermelho, raios gama, etc. podem realizar exames físicos em metais.
Cientistas japoneses também inventaram uma tinta especial misturada com pó de titanato de chumbo. Quando o metal é atingido, uma corrente flui através do filme de tinta na superfície do metal, e a magnitude da corrente está relacionada ao grau de fadiga do metal. Medindo isso Para reduzir a ocorrência de acidentes de fadiga de metal, os cientistas também fizeram grandes esforços na preparação e uso de metais.
Quase todas as máquinas com as quais entramos em contato na vida são feitas de ligas e raramente usam um único metal. Isso ocorre porque várias substâncias na liga podem preencher as lacunas entre si, melhorando efetivamente a capacidade do metal de resistir à fadiga.
Ao processar e usar peças de metal, manter a superfície limpa e longe de ambientes corrosivos também pode reduzir efetivamente a ocorrência de fadiga.
No entanto, devido à complexidade dos fatores de influência, ainda é impossível evitar completamente a fadiga do metal, e os cientistas ainda têm um longo caminho a percorrer.
