비행 중에 비행기의 기수가 갑자기 부러지는 상황을 상상할 수 있습니까?
2007년 미 공군의 F{1}} 전투기가 모의 공중전을 벌이던 중 이런 짜릿한 장면이 나왔다. 이 사고로 미국 F-15 전투기가 대규모 접지되었으며, 조사 결과 기체에 탑재된 금속 스트링거의 피로로 사고가 발생한 것으로 드러났습니다.
공교롭게도 2002년 대만에서 홍콩으로 향하던 보잉 747 여객기가 펑후 인근 해역에서 분해되어 추락해 승무원을 포함해 총 225명이 사망했다. 후속 조사에서 항공기의 수리된 외피에 심각한 금속 피로 균열이 발생하여 꼬리 부분이 떨어져 나가 결국 기내 압력 손실로 인해 항공기가 분해되는 결과를 초래했다고 결론지었습니다.
이것을 보고 많은 친구들이 의아해할 것이다. 사람은 피곤하면 피곤한데 금속은 어떻게 피곤할까?
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F-15 전투기의 기수와 동체 분리 및 조종사를 객실 밖으로 내보내는 과정
F-15 전투기의 기수를 동체에서 분리하고 조종사를 객실 밖으로 내보내는 과정:
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F-15의 비행 사고는 사진의 스트링거 피로로 인해 발생했습니다.
삶의 경험에 따르면 와이어를 손으로 끊는 것은 매우 어렵지만 여러 번 접으면 끊기 쉽습니다.
이것은 반복적으로 변화하는 외력이 금속을 직접적으로 끌어당길 수 있는 일정한 힘보다 훨씬 작더라도 점차 기계적 성질을 약화시키고 결국 파괴한다는 것을 보여줍니다.
이러한 금속의 현상은 장기간 작업하는 사람들의 피로와 매우 유사하며 과학자들은 이를 "금속 피로"라고 생생하게 부릅니다.
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금속 피로 예
많은 사람들이 금속 피로에 대해 들어 본 적이 없지만 사람들의 일상 생활에 널리 숨어 있으며 종종 예상치 못한 심각한 사고를 일으 킵니다. 기계적 사고의 약 90%가 금속 피로와 관련이 있는 것으로 추정됩니다.
단단한 금속이 피로해 보이는 이유는 무엇입니까?
찾다
속담에 "금은 색이 없지만 백옥은 약간의 흠집이 있다"고 합니다. 현재 우리가 사용하는 금속은 완벽하지 않습니다. 가공 또는 사용 중에 금속에는 항상 내부 불순물이나 구멍, 표면 긁힘 등과 같은 결함이 있습니다. 이러한 결함은 종종 미크론 수준에 불과하며 육안으로는 관찰하기 어렵습니다. 금속에 일정한 장력이 가해지면 균열이 발생하지 않습니다.
그러나 외력이 반복적으로 변하면 때로는 장력이 되고 때로는 압력이 되므로 에너지의 일부가 열로 변환되어 금속 내부에 축적됩니다. 특정 한계를 초과하면 금속은 결함에서 원자 사이의 화학 결합을 쉽게 끊어 구조적 손상을 초래합니다. 열분해.
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▲현미경으로 관찰한 금속결함과 그 결함에서 시작된 금속피로균열 과정
사람이 과로하면 종종 질병을 일으키거나 심지어 사망에 이르게 됩니다. 금속이 피곤하면 더 큰 피해를 가져오고 심지어 집단 사상자를 일으킬 수도 있습니다.
위에서 언급한 비행 사고 외에도 선박, 기차, 교량, 자동차 등도 금속 피로 재해로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 제2차 세계대전 동안 거의 1,000 미국의 5,000 화물선에서 금속 피로 사고가 발생했으며 200척 이상의 화물선이 완전히 운행이 중단되었습니다. 1998년 독일에서 고속으로 달리던 열차가 피로와 바퀴 타이어의 파손으로 탈선하여 100명 이상이 사망한 사건...
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▲1998년 독일 역사상 가장 심각한 열차 사고는 휠 타이어의 피로 파단으로 발생했다
금속 피로는 작은 외부 힘의 반복된 장기간 작용의 결과이기 때문에 금속은 기본적으로 균열 전에 명백한 소성 변형이 없으므로 금속 피로를 미리 감지하기 어려운 경우가 많습니다.
우리는 금속 피로에 대해 무력합니까?
과학자들의 끊임없는 노력을 통해 금속의 피로를 감지하는 많은 방법이 있습니다. 초음파, 적외선, 감마선 등 모두 금속에 대한 물리적 검사를 수행할 수 있습니다.
일본 과학자들은 또한 티탄산 납 분말과 혼합된 특수 페인트를 발명했습니다. 금속을 치면 금속 표면의 도막을 통해 전류가 흐르고 전류의 크기는 금속의 피로도와 관련이 있습니다. 이를 측정함으로써 금속피로 사고의 발생을 줄이기 위해 과학자들도 금속의 준비와 사용에 많은 노력을 기울였다.
우리가 생활 속에서 접하는 거의 모든 기계는 합금으로 만들어지며 단일 금속을 거의 사용하지 않습니다. 이는 합금의 여러 물질이 서로 간의 간격을 채워 금속의 피로 저항 능력을 효과적으로 향상시킬 수 있기 때문입니다.
금속 부품을 가공하고 사용할 때 표면을 깨끗하고 부식성 환경에서 멀리 유지하면 피로 발생을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
그러나 영향을 미치는 요인의 복잡성으로 인해 금속 피로를 완전히 피하는 것은 여전히 불가능하며 과학자들은 여전히 갈 길이 멀다.
