Ny metode kan identificere revner i metal længe før de forårsager katastrofer

Når metalliske komponenter i flyvemaskiner, broer og andre strukturer revner, resultaterne er ofte katastrofale. Men forskere fra Johns Hopkins University har fundet en måde at pålideligt forudsige sårbarhederne tidligere end de nuværende tests.

I et papir offentliggjort i dag i Videnskab , Johns Hopkins University forskere beskriver en ny metode til test af metaller i en mikroskopisk skala, der giver dem mulighed for hurtigt at påføre gentagne belastninger på materialer, mens de registrerer, hvordan den efterfølgende skade udvikler sig til revner.

"Vi er nu i stand til at få en mere grundlæggende forståelse af, hvad der fører til revner, " sagde El-Awady. "Den praktiske implikation er, at det vil give os mulighed for at forstå og forudsige, hvornår eller hvordan materialet vil fejle."

Uanset om det er bilernes hamring på broer eller skift i lufttrykket på fly, sådan kontinuerlig ændring kaldet "cyklisk belastning" fremkalder gradvist glidninger i den indre molekylære struktur af de mest holdbare metaller, indtil der opstår revner, der kunne have været forventet længe før deres farlige udseende.

"Træthedssvigt plager alle metaller, og afbødning er af stor betydning, " sagde El-Awady. "Det er den førende årsag til revner i metalliske komponenter i fly."

Det er grunden til, at det er almindelig praksis i flyindustrien at overholde regelmæssige – og dyre – udskiftningsplaner for mange dele. Men levetiden for disse dele kunne bestemmes mere præcist ved bedre at forstå oprindelsen til crack -initiering. Franske efterforskere opfordrede netop i sidste måned til designanmeldelser af Airbus A380 for at afgøre, om de beskytter mod risici ved metaltræthed.

"Med den manglende forståelse af de mekanismer, der fører til initiering af revner, det har været svært at forudsige med nogen rimelig nøjagtighed den resterende levetid for et cyklisk belastet materiale, " El-Awady sagde. "Komponenten kunne faktisk være fin og aldrig fejle, men de smider den væk alligevel udelukkende på grundlag af statistiske argumenter. Det er et kæmpe spild af penge. "

De fleste aktuelle tests for at forstå oprindelsen til revnedannelse har fokuseret på øjeblikke lige før eller efter revnedannelse for at vurdere, hvad der skete i metalets sammensætning. Og mange af disse tests bruger langt større prøver, der forhindrer sporing af initiering af skader, som er en sub-mikrometer skala funktion. Den nye metode indsnævrer linsen så lille som muligt og begynder, når metaller først udsættes for belastninger, der fører til lokal skade, der kan blive revner.