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法国《科学与生活》杂志上曾谈过一架飞机失事的事故。这是一架英国制的喷气式飞机,名叫“慧星1号”。当它由罗马起飞后半小时,飞行到厄尔巴岛和蒙特·克里斯脱岛之间时,这架正在1万米高空飞行的飞机,突然发出了“轰”的一声巨响,接着机身裂成碎片,坠入大海,全部旅客和机务人员都不幸罹难。科学家们从大海中打捞出来的机身碎片上,经过多种研究后发现,事故的引起并不是由于飞机设计对金属极限强度计算的错误,而是由于金属的“疲劳”造成的。 人工作久了会感到疲劳,难道金属工作久了也会产生疲劳?答案是肯定的。所谓金属疲劳,就是一个机械零部件或结构件,如飞机、汽车、拖拉机以至桥梁的某一机、构件,只要反复承受一定变动的力,就会给金属表面特别是尖角、孔洞等应力集中点首先产生一个微小裂纹;由于承受力的继续反复作用,微小的裂纹逐渐扩展,由小变大,到一定程度就突然断裂。通俗地说,你大概有这样的经验:当一下子折不断一根铁丝时,只要反复折几次,铁丝就断了,这就是铁丝已疲劳的缘故。
第二次世界大战以来,世界上已有几千艘船舶、几十座桥梁建筑毁于疲劳破坏,几百起因铁轨或机车车轮、车轴疲劳引起的翻身事故,几千起因汽车车轴、车架疲劳破坏使司机、乘客惨死的记录,几万名拖拉机手因前梁、车架、操纵杆疲劳破坏而伤身。人类把人造卫星送上天的历史并不长,但也已经出现过由于金属疲劳引起的卫星坠毁事件了。 早在100多年前,人们就发现了疲劳是破坏金属材料的大敌,但那时没有仪器能够查明疲劳破坏的原因。显微镜的出现,使人类第一次对金属进行了细微的“检查”,揭开了金属疲劳的秘密,而且也有了一套妙法来对付这个“大敌”。
现在,人们用复式结构来延长使用寿命。当一结构破坏时,另一结构尚能维持正常使用。对要承受多次反复变动的力或处于不易检查维修的部位时,人们采用了一种疲劳安全寿命设计法,增加保险系数,延长使用寿命。在金属构件上尽量减少薄弱环节,如开孔、开口、切口、尖口、小圆角半径和截面形状的突然变化,避免引起应力集中。还可以采用一些辅助性工艺,增加表面光洁度,保护表面不受锈腐蚀之害。
随着科学技术的发展和进步,目前已出现了一种所谓金属“免疫疗法”的新技术,即引入残余压应力,如喷丸、表面冷滚压、干涉配合、机械超载、预应力涂层以及应力挤压等,以预先增强对疲劳破坏的“抵抗力”。
在实验方面,开始有了程序加载疲劳试验机,可以测定某些材料的耐疲劳强度;还有了随机加载疲劳试验机,可以检查某些部件的疲劳寿命。
另外,受人服用各种维生素可增强身体抵抗力的启迪,冶金专家发现在金属材料中加上点少量的稀土金属,可使其抗“疲劳”延长使用寿命。如含有锆和稀土金属的镁合金,不但抗“疲劳”性能好,而且在高温下仍有很高的强度,重量也只有铝合金的四分之三,是制造喷气飞机的优良材料。
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