سر هواپیما ناگهان شکست: در واقع، فلز نیز می تواند خسته شود

آیا می توانید شرایطی را تصور کنید که دماغه هواپیما در حین پرواز ناگهان می شکند؟

در سال 2007، یک جت جنگنده F{1}} نیروی هوایی ایالات متحده چنین صحنه هیجان انگیزی را در طول یک نبرد هوایی شبیه سازی شده داشت. این سانحه باعث زمین گیر شدن گسترده جنگنده های F-15 آمریکا شد و نتایج بررسی ها نشان داد که این سانحه ناشی از خستگی یک بند فلزی در هواپیما بوده است.

تصادفاً در سال 2002 یک هواپیمای مسافربری بوئینگ 747 که از تایوان به هنگ کنگ پرواز می کرد در آب های نزدیک پنگو متلاشی شد و سقوط کرد و در مجموع 225 نفر از جمله خدمه کشته شدند. بررسی های بعدی به این نتیجه رسید که ترک خوردگی ناشی از خستگی شدید فلز در پوست تعمیر شده هواپیما رخ داده که باعث افتادن دم و در نهایت به دلیل از دست دادن فشار داخل کابین هواپیما متلاشی شده است.

با دیدن این، بسیاری از دوستان متحیر خواهند شد: مردم وقتی خسته می شوند خسته می شوند، پس چگونه فلز خسته می شود؟

تصویر

جداسازی دماغه و بدنه هواپیمای جنگنده F{0}} و فرآیند بیرون راندن خلبان از کابین

فرآیند جداسازی دماغه جنگنده F-15 از بدنه و بیرون راندن خلبان به خارج از کابین:

تصویر

سانحه پرواز F-15 ناشی از خستگی استرینگر در تصویر بود

تجربه زندگی به ما می گوید که شکستن سیم با دست بسیار دشوار است، اما اگر چندین بار تا شود، شکستن آن آسان است.

این نشان می دهد که حتی اگر نیروی خارجی در حال تغییر مکرر بسیار کوچکتر از نیروی ثابتی باشد که می تواند مستقیماً فلز را از بین ببرد، به تدریج خواص مکانیکی آن را ضعیف کرده و در نهایت آن را از بین می برد.

این پدیده فلزی بسیار شبیه خستگی افراد تحت کار طولانی مدت است و دانشمندان به وضوح آن را "خستگی فلز" می نامند.

تصویر

مثال خستگی فلز

اگرچه بسیاری از مردم هرگز نام خستگی فلزی را نشنیده اند، اما به طور گسترده ای در کمین زندگی روزمره افراد است و اغلب باعث بروز حوادث غیرمنتظره و جدی می شود. تخمین زده می شود که حدود 90 درصد از حوادث مکانیکی مربوط به خستگی فلزات است.

چرا فلز به ظاهر سخت خسته می شود؟

جستجو کردن

به قول معروف "طلا رنگ ندارد، اما یشم سفید ایرادات جزئی دارد." فلزاتی که ما در حال حاضر استفاده می کنیم کامل نیستند. در حین پردازش یا استفاده، فلزات همیشه دارای برخی عیوب مانند ناخالصی یا سوراخ در داخل، خراش روی سطح و غیره هستند. این عیوب اغلب فقط در حد میکرون هستند که مشاهده آنها با چشم غیر مسلح دشوار است. اگر یک کشش ثابت به فلز اعمال شود، آنها مستعد ترک نیستند.

اما اگر نیروی خارجی به طور مکرر تغییر کند، گاهی کشش و گاهی فشار، بخشی از انرژی به گرما تبدیل شده و در داخل فلز انباشته می شود. هنگامی که از حد معینی فراتر رفت، فلز به راحتی پیوندهای شیمیایی بین اتم ها را در محل نقص شکسته و در نتیجه به ساختار آسیب می رساند. ترک خوردن.

تصویر

▲ عیوب فلزی مشاهده شده در زیر میکروسکوپ و فرآیند ترک خوردگی ناشی از خستگی فلز که از عیوب شروع می شود

اگر فردی بیش از حد خسته باشد، اغلب باعث بیماری یا حتی مرگ می شود. اگر فلز خسته شود آسیب بیشتری به همراه خواهد داشت و حتی باعث تلفات گروهی می شود.

علاوه بر حوادث پروازی که در بالا ذکر شد، کشتی‌ها، قطارها، پل‌ها، اتومبیل‌ها و غیره نیز اغلب در اثر بلایای خستگی فلزات ایجاد می‌شوند. در طول جنگ جهانی دوم، نزدیک به 1،000 حادثه خستگی فلز در 5،000 کشتی باری در ایالات متحده رخ داد و بیش از 200 کشتی باری کاملاً از خدمت خارج شدند. در سال 1998 قطاری که با سرعت زیاد در آلمان حرکت می کرد به دلیل خستگی و شکستگی لاستیک چرخ ها از ریل خارج شد و بیش از 100 نفر را کشت.

تصویر

▲در سال 1998، جدی ترین حادثه قطار در تاریخ آلمان به دلیل شکستگی لاستیک چرخ ناشی از خستگی بود.

از آنجایی که خستگی فلز در نتیجه عملکرد طولانی مدت مکرر نیروهای خارجی کوچک است، فلز اساساً قبل از ترک خوردن تغییر شکل پلاستیکی آشکاری ندارد، بنابراین تشخیص خستگی فلز از قبل دشوار است.

آیا در برابر خستگی فلز درمانده هستیم؟

با تلاش های بی وقفه دانشمندان، روش های زیادی برای تشخیص خستگی فلزات وجود دارد. اشعه اولتراسونیک، مادون قرمز، اشعه گاما و غیره همگی می توانند معاینه فیزیکی فلزات را انجام دهند.

دانشمندان ژاپنی همچنین رنگ مخصوصی را اختراع کردند که با پودر تیتانات سرب مخلوط شده بود. هنگامی که فلز ضربه می زند، جریانی از لایه رنگ روی سطح فلز عبور می کند و بزرگی جریان به درجه خستگی فلز مربوط می شود. با اندازه گیری این به منظور کاهش وقوع حوادث ناشی از خستگی فلزات، دانشمندان در تهیه و استفاده از فلزات نیز تلاش زیادی کرده اند.

تقریباً تمام ماشین هایی که در زندگی با آنها در تماس هستیم از آلیاژ ساخته شده اند و به ندرت از یک فلز استفاده می کنند. این به این دلیل است که چندین ماده در آلیاژ می توانند شکاف های بین یکدیگر را پر کنند و به طور موثر توانایی فلز را برای مقاومت در برابر خستگی بهبود بخشند.

هنگام پردازش و استفاده از قطعات فلزی، تمیز نگه داشتن سطح و دور از محیط های خورنده نیز می تواند به طور موثری بروز خستگی را کاهش دهد.

با این حال، به دلیل پیچیدگی عوامل تأثیرگذار، هنوز نمی توان به طور کامل از خستگی فلزات جلوگیری کرد و دانشمندان هنوز راه زیادی در پیش دارند.