Когда металлические детали в самолетах, мостах и других конструкциях трескаются, результатом может быть катастрофа. Но исследователи из Университета Джона Хопкинса нашли способ улучшить точность определения будущих уязвимостей, по сравнению с текущими тестами.
В статье, опубликованной в журнале Science, ученые подробно описали новый метод тестирования металлов в микроскопическом масштабе, который позволяет быстро прикладывать повторяющиеся нагрузки к материалам, регистрируя, как последующие повреждения перерастают в трещины.
«Теперь наше понимание того, что приводит к трещинам улучшилось», – рассказывает Джаафар Эль-Авади, доцент кафедры машиностроения. «В практической области это поможет понимать и предсказывать сроки выхода материала из строя».
Будь то удары машин на мосту или изменение давления воздуха в самолетах, все это приводит к изменениям в молекулярной структуре материала. В результате возникают трещины, которые могут быть опасными.
«Усталость – привычная характеристика метала, ее влияние очень важно», – рассказывает Эль-Авади. «Именно усталость металла приводит к образованию трещин в самолетных деталях».
Вот почему в авиационной отрасли принято придерживаться регулярных и дорогостоящих графиков замены деталей. Однако их срок службы может быть определен точнее, за счет лучшего понимания процесса образования трещин. Группа ученых из Франции в прошлом месяце призвала провести анализ конструкции Airbus A380, чтобы определить защищенность от усталости металла.
«Недостаточное понимание механизмов, которые лежат в основе трещин, приводило к отсутствию разумной точности, когда предсказывался срок службы материала, подвергающегося циклической нагрузке», – отмечает Эль-Авади. «Деталь на самом деле может быть нормальной, но ее выбрасывают, потому что статистика говорит об обратном. В результате тратятся лишние деньги и ресурсы».
Большинство текущих тестов, оценивающих причины образования трещин, сосредотачиваются на моментах до и сразу после их появления. Для многих тестов используются образцы большего размера, что не позволяет отслеживать процесс с точностью до субмикронов. Новый метод значительно уменьшает масштаб работ, поэтому его можно использовать на первых этапах предполагаемых нагрузок.