材料力學(xué)分析之泰坦尼克號的沉沒

遠(yuǎn)祥

1912 年 4 月的一天，號稱「永不沉沒」的泰坦尼克號遭遇了一場曠世海難，輪船在航行時(shí)，和冰山發(fā)生了死亡之吻——船體右舷被海平面下的冰山體撕開一條口子，船的前部吃水線下鉚釘斷裂，貨艙開始迅速滲入海水。


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為什么“永不沉沒的巨輪在撞上冰山3個(gè)小時(shí)后就沉沒了”？
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! c9 M' H% U" k號稱“永不沉沒”的泰坦尼克號首航即沉沒于冰海，成了20世紀(jì)令人難以釋懷的悲慘海難。全英乃至全球都對此次海難表示無法接受，眾多人士對此發(fā)表自己的看法，甚至連UFO都出現(xiàn)在公眾的視線。但泰坦尼克號為何會如此迅速沉沒依舊是一個(gè)未解的謎底。
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) Q, |2 b: V) X泰坦尼克號殘骸

自1985年開始，探險(xiǎn)家們數(shù)次探潛到12612英尺（1英尺=0.3048m）深的海底研究這一沉船，找出遺物。在1995年2月，R Gannon在美國《科學(xué)大眾》（popular science）雜志發(fā)表文章，他回答了這個(gè)困擾世人80多年的未解之謎——早年的泰坦尼克號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈現(xiàn)脆性。這就是導(dǎo)致“皇家郵輪”迅速沉沒的癥結(jié)。

+ i' m* I1 I6 p0 `: M) S" O; X泰坦尼克號全船共分為16個(gè)水密艙，連接各艙的水密門可通過電開關(guān)統(tǒng)一關(guān)閉。泰坦尼克號良好的防水措施，使得它在任意4個(gè)水密艙進(jìn)水的情況下都不會沉沒。但實(shí)際上防水壁并沒有穿過整個(gè)甲板，僅僅達(dá)到了E層甲板。 如此高配置的豪華郵輪確實(shí)是不應(yīng)該沉沒的，但是泰坦尼克號在水線上下的300英尺的船體由10張30英尺長的高含硫量脆性鋼板焊接而成，長長的焊縫在冰水中因撞擊冰山而裂開，脆性焊縫無異于一條300英尺長的大拉鏈，使船體產(chǎn)生很長的裂紋，海水大量涌入使船迅速沉沒。


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+ K$ N4 v5 ]) \1 Z. t2 C那么為什么高含硫量的鋼板就導(dǎo)致了脆性呢？
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首先，由于當(dāng)時(shí)造船廠的生產(chǎn)技術(shù)還比較落后，在鋼板制造過程中，生鐵會因使用的燃料（含硫）而混入較多的硫，在固態(tài)下，硫在生鐵中的溶解度極小，以FeS的形式存在鋼中，而FeS的塑性較差，所以導(dǎo)致鋼板的脆性較大，更嚴(yán)重的是，F(xiàn)eS與Fe可形成低熔點(diǎn)（985℃）的共晶體，分布在奧氏體的晶界上。

4 C. i0 p: ~" c8 ]$ t4 g% V當(dāng)鋼加熱到約1200℃進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，晶界上的共晶體已溶化，晶粒間結(jié)合被破壞，使鋼材在加工過程中沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了消除硫的有害作用，必須增加鋼中的含錳量。因?yàn)樵齑こ處熤豢紤]到要增加鋼的強(qiáng)度．而沒考慮增加其韌性，所以在制造船體的時(shí)候已經(jīng)留下很大的隱患。

第二點(diǎn)，是泰坦尼克號航行的海域。泰坦尼克號沉沒的海域是大西洋，當(dāng)時(shí)的水溫在-40℃~0℃，據(jù)后來的失效分析專家稱：把殘骸的金屬碎片與如今的造船鋼材作一對比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在“泰坦尼克號”沉沒地點(diǎn)的水溫中，如今的造船鋼材在受到撞擊時(shí)可彎成V形，而殘骸上的鋼材則因韌性不夠而很快斷裂。由此發(fā)現(xiàn)了泰坦尼克號所使用鋼材的冷脆性，即在-40℃~0℃的溫度下，鋼材的力學(xué)行為由韌性變成脆性，從而導(dǎo)致災(zāi)難性的脆性斷裂。而用現(xiàn)代技術(shù)煉的鋼只有在-70℃~-60℃的溫度下才會變脆。所以環(huán)境因素加上船體材料的致命缺陷導(dǎo)致了泰坦尼克號海難的發(fā)生。
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5 p4 z9 a/ G, t3 r! b, R6 _9 ]各社區(qū)的大神們怎么看，有沒有補(bǔ)充的。。。
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陸奇亮

厲害！

我在跑

樓主對材料晶格有什么看法，能不能承擔(dān)起樓下說的厲害二字

廣州粵研鐘彥華

, d; p  i$ ]9 X8 z發(fā)一組泰坦尼克號的照片給大家看看，讓我感覺震撼的是有錢人和船員遇難比例并不比普通人少
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瑞香

那部電影看了好幾遍

廣州粵研鐘彥華

廣州粵研鐘彥華

廣州粵研鐘彥華

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wryp

-40攝氏度的海水？？？