书城科普读物探索未知丛书-物理城堡一
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第17章 金属为什么也会疲劳

人工作时间长了,会感到疲劳,可是你听说过金属工作时间长了,也会产生疲劳吗?几年前报上曾登过这样一则新闻:一架满载乘客的美国航空公司“DC—10”型巨型三引擎客机失事,机毁人亡。有关当局对它的残骸进行检查后发现,这架飞机上连接一具引擎与机翼的螺栓因金属疲劳而折断,因而造成这次大惨案。近数十年中,世界上已经发生过一连串由于金属疲劳引起的破坏事故。在第二次世界大战前后,大约有20架英国的“惠灵顿”号重型轰炸机连续发生疲劳破坏。从1951年到1954年,又接连发生过美国“马J202”运输机、“F—86”涡式歼击机,英国“鸽式”、“维金”以及“彗星式”喷气客机的疲劳破坏,造成灾难性事故。至于机器部件中的轴、轴轮、车架和铁轨、桥梁,由于金属疲劳引起的破坏更是屡见不鲜。据统计,在现代工业中,有80%以上的机器部件的破坏是由金属疲劳引起的。人类把人造卫星送上天的历史并不长,但也出现过由于金属疲劳引起的卫星坠毁事件了。金属为什么也会产生疲劳呢?一根回形针,你即使用最大的力气,也不能用手一下子把它折断,但是你把它来回折拗多次,它就断了。可以说:重复好几次和几百万次,载荷的作用必然就会大大降低材料的有效强度,它的“疲劳寿命”会大大缩短。

金属的疲劳除了“擦伤疲劳”以外,还有“高低温疲劳”、“热疲劳”之类,甚至也有“噪声疲劳”等等。在机器部件中,断面有变化的地方,最易产生疲劳,如轴肩、槽口、接头等处。而对于接头来说,要求焊接的外形力求平滑,因为,外形的任何变化都会减弱金属的耐疲劳强度,例如,咬边、搭接、未焊透,或者是焊缝表面常见的凹凸不平等等。

对于金属疲劳和各种材料疲劳的研究,目前还处于实验研究的阶段,理论和探讨还刚刚开始。对于疲劳产生的理论性探讨,众说纷纭,尚无定论。目前,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。不久前,又有了随机加载疲劳试验机,可以检查某些部件的疲劳寿命。