金属也会疲劳！新方法或可更早预防金属断裂引发的灾难_风闻
Science_北京-不惧过往，不畏将来！2020-10-10 16:10
研究人员找到了一种新方法，可以在亚微米尺度上，更早、更可靠地预测出金属断裂风险。
由于“金属疲劳”，航空发动机的金属盘上出现了裂纹，并最终引发了断裂事件。
飞机、桥梁中的金属部件出现断裂，后果往往是灾难性的。目前，工程师们采用的裂纹起源测试方案，大多数都聚焦裂纹形成之前或之后的瞬间，以评估金属组成的变化情况。而且，这些测试方法使用的样本非常庞大，无法追踪亚微米尺度的初始损伤。
《科学》杂志当地时间10月9日发文称，美国约翰•霍普金斯大学的研究人员阐述了一种新方法，可以比目前的测试方法更早、更可靠地预测出金属断裂风险。这是一种在微观尺度测试金属的高频微疲劳试验方法。
借助该方法，研究人员可以快速地向金属材料施加重复载荷，并记录随后产生的损伤演变成裂纹的过程。该方法将透镜尽可能缩小，从而更清晰地揭示了微观变形机制与宏观裂纹产生间的联系。而且它能够追踪首次可能造成断裂风险的载荷，相对其他方案而言更加可靠。
论文作者El-Awady说：“我们对裂缝的诱因有了更基本的了解。该方法将帮助工程师们更好地理解并预测金属材料何时会失效，以及为何会失效。”
无论是车辆对桥梁的撞击，还是飞机上气压的改变，这类“循环载荷”的持续变化都会逐渐让牢固的金属内部分子结构产生滑动，并最终诱发裂纹产生。然而，这些裂纹在演变成真正的危机之前，是能够预测的。
El-Awady说：“疲劳失效困扰着所有的金属材料，抑制金属疲劳是非常重要的课题。而金属疲劳也是飞机金属部件产生裂纹的主要诱因。”因此，即便费用高昂，航空业也会坚持定期更换许多金属部件。
El-Awady补充道：“由于缺乏裂纹萌生机制方面的认知，工程师们很难准确地预测出部件的剩余寿命。某个组件可能还很正常，但也会因为统计参数而被替换掉。这是巨大的成本浪费。”研究人员表示，通过深入理解裂纹萌生的起源，能够更好地确定这些金属部件的寿命，从而节省资金。编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《科学》期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://phys.org/news/2020-10-method-metal-catastrophes.html
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