材料失效有多恐怖？

張麻子 · 發(fā)表于 2020-11-3 13:52:39

1986年1月28日上午11時(shí)38分,，在美國(guó)佛羅里達(dá)州卡那維拉爾角的肯尼迪航天中心,，“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)正在進(jìn)行它的第十次發(fā)射,，在萬(wàn)眾矚目下,，“挑戰(zhàn)者號(hào)”在發(fā)射架上點(diǎn)火升空，一切看起來(lái)非常順利,。

“挑戰(zhàn)者“號(hào)空中爆炸解體

但在73秒后,，在升空高度達(dá)到16千米后，變故發(fā)生,，“挑戰(zhàn)者”號(hào)爆炸解體,，爆炸產(chǎn)生的大量殘骸落入大西洋，七名宇航員罹難,，其中第一次以平民身份參加太空飛行的女教師麥考利夫正準(zhǔn)備在太空中向?qū)W生授課,。

低溫下失效的O型封環(huán)

這一空難事故的發(fā)生重創(chuàng)了當(dāng)時(shí)的宇航事業(yè)，是人類(lèi)航空航天史上的一大悲劇,。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn),，爆炸是右側(cè)固態(tài)火箭推進(jìn)器上面的一個(gè)O形封環(huán)失效所致。這個(gè)O形封環(huán)位于右側(cè)固體火箭推進(jìn)器的兩個(gè)低層部件之間,，由于發(fā)射時(shí)天氣情況不佳,，氣溫很低，導(dǎo)致O型封環(huán)在低溫下失去彈性,，硬化脆裂,，失效的封環(huán)使原本應(yīng)該是密封的固體火箭助推器內(nèi)的高壓高熱氣體泄漏，熾熱的氣體點(diǎn)燃了外部燃料罐中的燃料,，毗鄰的外部燃料艙在泄漏出的火焰的高溫?zé)葡陆Y(jié)構(gòu)失效,，最終導(dǎo)致高速飛行的航天飛機(jī)在高空解體。

該事故使得美國(guó)航空航天局(NASA)的航天飛機(jī)計(jì)劃暫停了32個(gè)月,，直到1988年9月29日,，“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)才發(fā)射升空。

一個(gè)小零件卻引發(fā)了大悲劇,，然而由于一個(gè)關(guān)鍵零件材料的失效引發(fā)的空難事件并不罕見(jiàn),！

01 DC-10客機(jī)空難事件

DC-10客機(jī)

在1979年，華盛頓機(jī)場(chǎng)起飛的DC-10客機(jī)因機(jī)翼引擎的固定螺桿斷裂造成客機(jī)墜毀,，共死亡275人，整個(gè)過(guò)程僅50秒鐘,。此外,，造成1991年及1992年三次波音747貨機(jī)空難事件的原因也是由于中梁固定螺桿斷裂使得兩具引擎掉落且拉扯下機(jī)翼,。

02 波音737客機(jī)空難事件

阿羅哈航空243號(hào)航班波音737-200型客機(jī)

1988年阿羅哈航空243號(hào)航班波音737-200型客機(jī)從希洛國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛，在前往檀香山的飛行過(guò)程中,，由于艙蓋的強(qiáng)度因嚴(yán)重的腐蝕和疲勞而降低,，機(jī)體前端左邊一小塊天花板爆裂，機(jī)艙瞬間失壓,，導(dǎo)致由駕駛室后方一直到機(jī)翼附近的一大塊機(jī)艙天花板被撕裂而脫離機(jī)體,，雖然10多分鐘后奇跡地在茂宜島的卡富魯伊機(jī)場(chǎng)安全迫降，但有一名機(jī)組人員不幸被吸出機(jī)艙外死亡,。

03 EMB-120客機(jī)空難事件

事發(fā)后的EMB-120型支線客機(jī)

1995年大西洋東南航空529號(hào)航班巴航工業(yè)EMB-120型支線客機(jī)從美國(guó)亞特蘭大哈茲菲爾德-杰克遜機(jī)場(chǎng)飛往美國(guó)格爾夫波特-比洛克西機(jī)場(chǎng)過(guò)程中,，因螺旋槳葉片被氯渣侵蝕導(dǎo)致疲勞斷裂，致使左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)艙和機(jī)翼側(cè)面變形,，飛機(jī)迫降不成,，砸到地面，機(jī)身被摔裂成兩半,，后由于破碎的飛機(jī)殘骸中到處是殘余燃油,，燃油引發(fā)大火，最終這場(chǎng)事故遇難9人,。

由上述事例可見(jiàn),，材料失效引發(fā)的后果輕則危及飛行安全，迫使機(jī)群停飛,，大批飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)要返廠修理?yè)Q件,，重則釀成機(jī)毀人亡的災(zāi)難性飛行事故。

因此,，深入開(kāi)展失效分析和失效預(yù)研究,，對(duì)及時(shí)準(zhǔn)確地查明事故的性質(zhì)與原因，采取有效措施防止同類(lèi)事故的重復(fù)出現(xiàn),，及對(duì)推動(dòng)新技術(shù),、新材料和新工藝的應(yīng)用，改進(jìn)設(shè)計(jì),、改善維修性和提高飛行安全性,、可靠性等，都具有十分重要的意義,。

1,、飛機(jī)疲勞壽命規(guī)定的誕生

調(diào)查員整理“慧星”客機(jī)殘骸

世界上最早出現(xiàn)的噴氣式客機(jī)是英國(guó)的“慧星”客機(jī)。噴氣式客機(jī)使飛機(jī)的飛行高度超過(guò)4000米,，座艙開(kāi)始進(jìn)行增壓,。1952-1954年間，有8架“慧星”客機(jī)先后墜毀,，對(duì)從深海中打撈出的飛機(jī)殘骸進(jìn)行分析,，找出了最初破壞的結(jié)構(gòu)件,。后來(lái)在地面進(jìn)行了大規(guī)模的模擬試驗(yàn)，并將機(jī)身放入水槽中進(jìn)行增壓疲勞試驗(yàn),，最終確定是機(jī)身結(jié)構(gòu)在高空飛行中發(fā)生疲勞斷裂,。從此，新的飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求飛機(jī)要進(jìn)行整機(jī)疲勞試驗(yàn),，并規(guī)定各型飛機(jī)應(yīng)給出疲勞壽命,。

2、飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中剛度要求的誕生

隨著飛機(jī)飛行速度的不斷增大,，自20世紀(jì)30年代初起氣動(dòng)顫振問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重,。英國(guó)“貓蛾”式殲擊機(jī)接連9次發(fā)生在高亞音速飛行中解體事故，事故原因調(diào)查發(fā)現(xiàn)是高亞音速飛行中機(jī)翼,、方向舵,、升降舵都發(fā)生過(guò)顫振，造成構(gòu)件斷裂,，使人們認(rèn)識(shí)到只增加強(qiáng)度而不增加剛度是不能解決這類(lèi)問(wèn)題的,，從此在飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范中增加了對(duì)剛度的要求。

自1903年12月世界上誕生第一架飛機(jī)以來(lái),，航空事業(yè)已走過(guò)了117年的路程,，在這一百多年里，在失效分析的伴隨下,，飛機(jī)的安全性水平有了顯著的提高,。未來(lái)隨著航空器的發(fā)展，新設(shè)備,、新材料,、新工藝在航空器上不斷涌現(xiàn)，更需要航空工作者們集中智慧,，采用更加先進(jìn)的檢測(cè)手段和分析技術(shù),，來(lái)解決失效分析面臨的新問(wèn)題，求得新發(fā)展,。（轉(zhuǎn)）

無(wú)敵小蔣 · 發(fā)表于 2020-11-3 15:37:24

學(xué)習(xí)

機(jī)械學(xué)生魯班 · 發(fā)表于 2020-11-3 16:54:44

越是大工程,，越得注重細(xì)節(jié)

tsaohuan · 發(fā)表于 2020-11-4 15:24:07

挑戰(zhàn)者號(hào)”由于發(fā)射時(shí)天氣情況不佳，氣溫很低,，導(dǎo)致O型封環(huán)在低溫下失去彈性,，硬化脆裂，失效的封環(huán)使原本應(yīng)該是密封的固體火箭助推器內(nèi)的高壓高熱氣體泄漏“，這個(gè)描述和事實(shí)不符,。低溫下O型圈的確失效了,。失去了密封作用，造成液體燃料泄漏,，引發(fā)爆炸。并沒(méi)有脆裂,。失去彈性,，沒(méi)有補(bǔ)償，造成間隙,，這樣液體燃料就跑出來(lái)了,。其實(shí)這個(gè)和天氣的關(guān)系不是太大。因?yàn)榈蜏厝剂显斐蒓型圈的低溫失效,。液態(tài)燃料溫度低得很,，比天氣影響大多了。這個(gè)說(shuō)明O型圈材料有問(wèn)題,，還有就是O型圈槽設(shè)計(jì)不合理,，預(yù)壓縮量小了。這個(gè)調(diào)查請(qǐng)了物理學(xué)家費(fèi)曼,，他進(jìn)行了大量研究,，和相關(guān)人員進(jìn)行多次探討請(qǐng)教，他的報(bào)告好像也沒(méi)有發(fā)布,。只是存檔了,。

遠(yuǎn)祥 · 發(fā)表于 2020-11-4 20:43:35

越基礎(chǔ)的東西往往越重要！

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