金屬也會疲勞！新方法或可朔源，更好預防金屬斷裂引發的災難
2020-10-10 科學大觀園雜誌
由於「金屬疲勞」，航空發動機的金屬盤上出現了裂紋，並最終引發了斷裂事件。
飛機、橋梁中的金屬部件出現斷裂，後果往往是災難性的。目前，工程師們採用的裂紋起源測試方案，大多數都聚焦裂紋形成之前或之後的瞬間，以評估金屬組成的變化情況。而且，這些測試方法使用的樣本非常龐大，無法追蹤亞微米尺度的初始損傷。
《科學》雜誌當地時間10月9日發文稱，美國約翰·霍普金斯大學的研究人員闡述了一種新方法，可以比目前的測試方法更早、更可靠地預測出金屬斷裂風險。這是一種在微觀尺度測試金屬的高頻微疲勞試驗方法。
藉助該方法，研究人員可以快速地向金屬材料施加重複載荷，並記錄隨後產生的損傷演變成裂紋的過程。該方法將透鏡儘可能縮小，從而更清晰地揭示了微觀變形機制與宏觀裂紋產生間的聯繫。而且它能夠追蹤首次可能造成斷裂風險的載荷，相對其他方案而言更加可靠。
論文作者El-Awady說：「我們對裂縫的誘因有了更基本的了解。該方法將幫助工程師們更好地理解並預測金屬材料何時會失效，以及為何會失效。」
無論是車輛對橋梁的撞擊，還是飛機上氣壓的改變，這類「循環載荷」的持續變化都會逐漸讓牢固的金屬內部分子結構產生滑動，並最終誘發裂紋產生。然而，這些裂紋在演變成真正的危機之前，是能夠預測的。
El-Awady說：「疲勞失效困擾著所有的金屬材料，抑制金屬疲勞是非常重要的課題。而金屬疲勞也是飛機金屬部件產生裂紋的主要誘因。」因此，即便費用高昂，航空業也會堅持定期更換許多金屬部件。
El-Awady補充道：「由於缺乏裂紋萌生機制方面的認知，工程師們很難準確地預測出部件的剩餘壽命。某個組件可能還很正常，但也會因為統計參數而被替換掉。這是巨大的成本浪費。」研究人員表示，通過深入理解裂紋萌生的起源，能夠更好地確定這些金屬部件的壽命，從而節省資金。
原創編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵
期刊來源：《科學》
期刊編號：0036-8075
原文連結：https://phys.org/news/2020-10-method-metal-catastrophes.html
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