材料失效有多恐怖？

張麻子

1986年1月28日上午11時38分，在美國佛羅里達州卡那維拉爾角的肯尼迪航天中心，“挑戰者”號航天飛機正在進行它的第十次發射，在萬眾矚目下，“挑戰者號”在發射架上點火升空，一切看起來非常順利。
- T# a" A$ o, j% F

“挑戰者“號空中爆炸解體
' d% C1 f/ h, }4 n0 v5 r

" f7 d1 |. t. x: \, W

但在73秒后，在升空高度達到16千米后，變故發生，“挑戰者”號爆炸解體，爆炸產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備在太空中向學生授課。
7 t2 T# f( U; U
7 Q  F6 q8 Q% A

8 r) _4 ^5 F/ C2 M

低溫下失效的O型封環

這一空難事故的發生重創了當時的宇航事業，是人類航空航天史上的一大悲劇。事后調查發現，爆炸是右側固態火箭推進器上面的一個O形封環失效所致。這個O形封環位于右側固體火箭推進器的兩個低層部件之間，由于發射時天氣情況不佳，氣溫很低，導致O型封環在低溫下失去彈性，硬化脆裂，失效的封環使原本應該是密封的固體火箭助推器內的高壓高熱氣體泄漏，熾熱的氣體點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燒灼下結構失效，最終導致高速飛行的航天飛機在高空解體。
& c0 E$ O; m$ S0 q' b, L2 R' ~
該事故使得美國航空航天局(NASA)的航天飛機計劃暫停了32個月，直到1988年9月29日，“發現”號航天飛機才發射升空。

一個小零件卻引發了大悲劇，然而由于一個關鍵零件材料的失效引發的空難事件并不罕見！
8 _. I. x  }1 B. h8 [% A6 U, g

01  DC-10客機空難事件

1 K$ g! L: G" p% o9 i

DC-10客機

1 j0 ?9 d. Z6 t" v7 X# s在1979年，華盛頓機場起飛的DC-10客機因機翼引擎的固定螺桿斷裂造成客機墜毀，共死亡275人，整個過程僅50秒鐘。此外，造成1991年及1992年三次波音747貨機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翼。
  @- O  r% S" O1 L: H4 a( _

! N8 s1 Q( Q/ p8 K; g) s

02  波音737客機空難事件

) q- o% E1 T5 T) c7 R

7 [! |' F+ \! Q

阿羅哈航空243號航班波音737-200型客機

1988年阿羅哈航空243號航班波音737-200型客機從希洛國際機場起飛，在前往檀香山的飛行過程中，由于艙蓋的強度因嚴重的腐蝕和疲勞而降低，機體前端左邊一小塊天花板爆裂，機艙瞬間失壓，導致由駕駛室后方一直到機翼附近的一大塊機艙天花板被撕裂而脫離機體，雖然10多分鐘后奇跡地在茂宜島的卡富魯伊機場安全迫降，但有一名機組人員不幸被吸出機艙外死亡。
2 g( i" D7 \' ~7 c) d6 O! B7 ?; t
  ?; S0 m2 w2 J& Z/ K

03  EMB-120客機空難事件

事發后的EMB-120型支線客機
6 z/ [" H0 w3 A6 j

1995年大西洋東南航空529號航班巴航工業EMB-120型支線客機從美國亞特蘭大哈茲菲爾德-杰克遜機場飛往美國格爾夫波特-比洛克西機場過程中，因螺旋槳葉片被氯渣侵蝕導致疲勞斷裂，致使左側發動機艙和機翼側面變形，飛機迫降不成，砸到地面，機身被摔裂成兩半，后由于破碎的飛機殘骸中到處是殘余燃油，燃油引發大火，最終這場事故遇難9人。

由上述事例可見，材料失效引發的后果輕則危及飛行安全，迫使機群停飛，大批飛機或發動機要返廠修理換件，重則釀成機毀人亡的災難性飛行事故。

0 v# A8 H! k$ _- {' u因此，深入開展失效分析和失效預研究，對及時準確地查明事故的性質與原因，采取有效措施防止同類事故的重復出現，及對推動新技術、新材料和新工藝的應用，改進設計、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。
+ \! l+ R3 z# [/ i  y, X: F
1、飛機疲勞壽命規定的誕生
) q8 ^# V* q/ \# u( P& k. q

7 u& s, j4 u3 g# a6 Z

調查員整理“慧星”客機殘骸
5 L! n: _* T& ]* o2 W8 [; U8 x

世界上最早出現的噴氣式客機是英國的“慧星”客機。噴氣式客機使飛機的飛行高度超過4000米，座艙開始進行增壓。1952-1954年間，有8架“慧星”客機先后墜毀，對從深海中打撈出的飛機殘骸進行分析，找出了最初破壞的結構件。后來在地面進行了大規模的模擬試驗，并將機身放入水槽中進行增壓疲勞試驗，最終確定是機身結構在高空飛行中發生疲勞斷裂。從此，新的飛機設計規范要求飛機要進行整機疲勞試驗，并規定各型飛機應給出疲勞壽命。
: f0 r' r; m" W: ?4 F9 ^
' j5 N5 w" M; w- a6 G/ v; n2、飛機設計規范中剛度要求的誕生

隨著飛機飛行速度的不斷增大，自20世紀30年代初起氣動顫振問題越發嚴重。英國“貓蛾”式殲擊機接連9次發生在高亞音速飛行中解體事故，事故原因調查發現是高亞音速飛行中機翼、方向舵、升降舵都發生過顫振，造成構件斷裂，使人們認識到只增加強度而不增加剛度是不能解決這類問題的，從此在飛機設計規范中增加了對剛度的要求。
4 c4 ~# C/ L4 e/ k$ N8 ~' ^" S1 [! N
自1903年12月世界上誕生第一架飛機以來，航空事業已走過了117年的路程，在這一百多年里，在失效分析的伴隨下，飛機的安全性水平有了顯著的提高。未來隨著航空器的發展，新設備、新材料、新工藝在航空器上不斷涌現，更需要航空工作者們集中智慧，采用更加先進的檢測手段和分析技術，來解決失效分析面臨的新問題，求得新發展。（轉）
8 M5 c; Q8 h# b; T
9 [3 o. Z* F4 S" A

無敵小蔣

學習

機械學生魯班

越是大工程，越得注重細節

tsaohuan

挑戰者號”由于發射時天氣情況不佳，氣溫很低，導致O型封環在低溫下失去彈性，硬化脆裂，失效的封環使原本應該是密封的固體火箭助推器內的高壓高熱氣體泄漏“，這個描述和事實不符。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，引發爆炸。并沒有脆裂。失去彈性，沒有補償，造成間隙，這樣液體燃料就跑出來了。其實這個和天氣的關系不是太大。因為低溫燃料造成O型圈的低溫失效。液態燃料溫度低得很，比天氣影響大多了。這個說明O型圈材料有問題，還有就是O型圈槽設計不合理，預壓縮量小了。這個調查請了物理學家費曼，他進行了大量研究，和相關人員進行多次探討請教，他的報告好像也沒有發布。只是存檔了。

遠祥

越基礎的東西往往越重要！