Bạn có tưởng tượng được tình huống mũi máy bay đột ngột bị gãy trong khi đang bay không?
Vào năm 2007, một chiếc máy bay chiến đấu F-15 của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ đã có một cảnh tượng ly kỳ như vậy trong một trận không chiến mô phỏng. Vụ tai nạn đã khiến các máy bay chiến đấu F-15 của Mỹ phải tiếp đất trên diện rộng và kết quả điều tra cho thấy vụ tai nạn là do dây kim loại trên máy bay bị mỏi.
Thật trùng hợp, vào năm 2002, một chiếc máy bay chở khách Boeing 747 bay từ Đài Loan đến Hong Kong đã bị vỡ và rơi xuống vùng biển gần Bành Hồ, khiến tổng cộng 225 người bao gồm cả thành viên phi hành đoàn thiệt mạng. Các cuộc điều tra sau đó kết luận rằng vết nứt do mỏi kim loại nghiêm trọng xảy ra ở lớp da đã được sửa chữa trên máy bay, khiến phần đuôi rơi ra và cuối cùng khiến máy bay tan rã do mất áp suất trong cabin.
Thấy vậy, nhiều bạn sẽ thắc mắc: Con người mệt mỏi sẽ mệt mỏi, vậy làm sao kim loại có thể mệt mỏi?
hình ảnh
Tách mũi và thân máy bay chiến đấu F-15 và quá trình đưa phi công ra khỏi cabin
Quá trình tách mũi tiêm kích F-15 ra khỏi thân và đẩy phi công ra khỏi khoang:
hình ảnh
Tai nạn chuyến bay của F-15 là do dây căng trong hình bị mỏi
Kinh nghiệm sống cho chúng ta biết, dùng tay bẻ dây rất khó, nhưng bẻ nhiều lần thì dễ đứt.
Điều này cho thấy rằng ngay cả khi lực bên ngoài thay đổi liên tục nhỏ hơn nhiều so với lực không đổi có thể trực tiếp kéo kim loại ra, nó sẽ dần dần làm suy yếu tính chất cơ học của nó và cuối cùng là phá hủy nó.
Hiện tượng này của kim loại rất giống với sự mệt mỏi của con người khi làm việc lâu dài, các nhà khoa học gọi một cách sinh động là "sự mệt mỏi của kim loại".
hình ảnh
Ví dụ về mỏi kim loại
Mặc dù nhiều người chưa bao giờ nghe nói về sự mệt mỏi của kim loại, nhưng nó đang ẩn nấp rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày của mọi người, thường gây ra những tai nạn bất ngờ và nghiêm trọng. Người ta ước tính rằng khoảng 90 phần trăm các tai nạn cơ học có liên quan đến mỏi kim loại.
Tại sao dường như cứng kim loại mệt mỏi?
tìm kiếm
Tục ngữ có câu “vàng không có sắc, ngọc trắng có chút khuyết điểm”. Các kim loại chúng tôi hiện đang sử dụng là không hoàn hảo. Trong quá trình xử lý hoặc sử dụng, kim loại sẽ luôn có một số khuyết tật, chẳng hạn như tạp chất hoặc lỗ bên trong, vết trầy xước trên bề mặt, v.v. Những khuyết tật này thường chỉ ở mức micron, rất khó quan sát bằng mắt thường. Nếu một lực căng liên tục được áp dụng cho kim loại, chúng sẽ không dễ bị nứt.
Tuy nhiên, nếu ngoại lực thay đổi lặp đi lặp lại, có khi là lực căng, có khi là áp suất, thì một phần cơ năng sẽ chuyển hóa thành nhiệt và tích tụ bên trong kim loại. Khi vượt quá một giới hạn nhất định, kim loại sẽ dễ dàng phá vỡ liên kết hóa học giữa các nguyên tử tại chỗ khuyết, dẫn đến hư hỏng cấu trúc. rạn nứt.
hình ảnh
▲Các khuyết tật kim loại được quan sát dưới kính hiển vi và quá trình nứt mỏi kim loại bắt đầu từ các khuyết tật
Nếu một người quá mệt mỏi, nó sẽ thường gây ra bệnh tật hoặc thậm chí tử vong. Nếu kim loại mệt mỏi, nó sẽ gây ra tác hại lớn hơn và thậm chí gây thương vong cho cả nhóm.
Ngoài các tai nạn máy bay kể trên, tàu thủy, xe lửa, cầu cống, ô tô,… cũng thường do các thảm họa mỏi kim loại gây ra. Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, gần 1000 tai nạn mỏi kim loại đã xảy ra trên 5000 tàu chở hàng ở Hoa Kỳ và hơn 200 tàu chở hàng đã ngừng hoạt động hoàn toàn; Năm 1998, một đoàn tàu đang di chuyển với tốc độ cao ở Đức đã bị trật bánh do mỏi và nứt bánh xe, khiến hơn 100 người thiệt mạng...
hình ảnh
▲ Năm 1998, vụ tai nạn đường sắt nghiêm trọng nhất trong lịch sử nước Đức là do lốp bánh xe bị nứt do mỏi
Do mỏi kim loại là kết quả của tác động lâu dài lặp đi lặp lại của các ngoại lực nhỏ, kim loại về cơ bản không có biến dạng dẻo rõ ràng trước khi nứt, do đó thường khó phát hiện trước mỏi kim loại.
Có phải chúng ta bất lực trước sự mệt mỏi của kim loại?
Thông qua những nỗ lực không ngừng của các nhà khoa học, có nhiều phương pháp để phát hiện sự mệt mỏi của kim loại. Siêu âm, tia hồng ngoại, tia gamma, v.v. đều có thể thực hiện kiểm tra vật lý trên kim loại.
Các nhà khoa học Nhật Bản còn sáng chế ra một loại sơn đặc biệt trộn với bột chì titanat. Khi kim loại bị va đập, một dòng điện sẽ chạy qua màng sơn trên bề mặt kim loại và độ lớn của dòng điện có liên quan đến mức độ mỏi của kim loại. Bằng cách đo này Để giảm sự xuất hiện của các tai nạn do mỏi kim loại, các nhà khoa học cũng đã có nhiều nỗ lực trong việc điều chế và sử dụng kim loại.
Hầu như tất cả các máy móc chúng ta tiếp xúc trong cuộc sống đều được làm bằng hợp kim và hiếm khi sử dụng một kim loại nào. Điều này là do một số chất trong hợp kim có thể lấp đầy các khoảng trống giữa nhau, cải thiện hiệu quả khả năng chống mỏi của kim loại.
Khi xử lý và sử dụng các bộ phận kim loại, giữ cho bề mặt sạch sẽ và tránh xa môi trường ăn mòn cũng có thể làm giảm sự xuất hiện của sự mệt mỏi một cách hiệu quả.
Tuy nhiên, do sự phức tạp của các yếu tố ảnh hưởng, vẫn không thể tránh khỏi hoàn toàn sự mỏi kim loại, và các nhà khoa học vẫn còn một chặng đường dài phía trước.
