登陆注册
48002100000062

第62章 为什么利用声发射可以预测断裂

1943年1月,天气非常寒冷。一艘美国新造的巨型油轮正在交付使用,突然发生了事故:油舱不可思议地裂为两截。

据当事人回忆,油舱断裂前有一种嚓嚓的声响。这声响和那灾难是否有关系呢?

在生活中也常见到类似的现象:儿童攀登树木,当树杈发出“咯吱”“咯吱”的声响时,危险就要来临了;有经验的矿工听到坑木的某种声音,便知道要发生事故;老农把西瓜拿到耳边,用手一按,根据西瓜受压以后发出的声息,就能判断西瓜的生熟。

在金属世界,也会发生类似的现象:如果找到金属锡,你不妨用两手反复地弯曲它,听!它“噼啪”、“噼啪”地提抗议了,这就是“锡鸣”。

精确的科学实验证明,材料承受机械负载时,它的内部会发射声波(包括听不见的次声波和超声波)。这种现象就叫声发射。强的声发射人耳可以听到,一般的声发射,我们是听不到的。

油舱断裂前的嚓嚓声绝非偶然,它是一种声发射。许多重型机械与大型工程结构发生断裂之前都有过类似的嚓嚓声。尤其严重的是,这些机械往往没有超载,事故是在安全应力下发生的。嚓嚓声是多么危险而又多么重要的信号呵!

那么,能不能利用声发射来预测断裂呢?

20世纪50年代初,德国科学家凯塞尔在做金属拉伸实验时,发现金属试样变形会发出微弱的声音。这些微弱的声响使他想起了巨轮断裂等一系列事故,便对金属在拉伸或其他变形中的声发射现象进行了深入的研究。

凯塞尔和他的同事们发现,金属在塑性变形时发出的声响是由于内部产生位错运动而引起的。

要说明位错运动,就要从晶体结构谈起。

不计其数的固态物质共分两大家族,金属所属的家族名曰“晶体”,食盐、水晶、冰都是晶体。晶体中的分子、原子或离子是按照一定规则排列的,好像运动场上的运动员表演“叠罗汉”,每个运动员在空间都有一定的位置。叠罗汉的队形尽管琳琅满目,却都是由那些“罗汉”组成。晶体分子、原子或离子的“队形”,叫做晶格。在金属中的分子或原子虽每“人”都有一定的位置,但总有少量不守纪律者站错了队,而且在其中“暗藏”着外来的“奸细”——杂质。这些地方就是“位错”,在那里隐藏着内部的“破坏分子”。堡垒是最容易从内部攻破的,而位错则是个缺口。倘若有外力加在构件上,位错的地方就会出现裂口。“千里之堤溃于蚁穴”,位错的运动往往导致裂纹和断裂。

重要的是,位错的运动并不是默不作声的,那些“破坏分子”的运动会产生音响,这就是声发射。既然位错运动是断裂的前提,而声发射又是位错引起的,利用声发射来预测断裂,查找缺陷,防止事故,当然是可以的。

问题并不那么简单,金属的声发射信号远比周围的噪音微弱,而且有相当多是超声与次声。

靠我们的耳朵去听,常常听不到,或者到时已经无力挽救了。

到了20世纪60年代,由于技术有了较快的发展,利用电子技术已经能把声发射信号和环境声区别开。电子“耳朵”能“听”到位错的动静,于是产生了理论的声发射检测技术。近几十年来,声发射技术发展很快,在航空、航天、原子能以及金属加工方面大显身手;在巨大的高压容器、发动机和核反应堆旁,声发射监测器正在默默无声地工作着,保卫着人们的安全。

同类推荐
  • 探究式科普丛书-新型的纳米技术

    探究式科普丛书-新型的纳米技术

    本书主要介绍了纳米的发现、特点、科技和生活中的应用等。本书是一本关于纳米技术的小百科知识丛书,旨在加强和培养读者纳米方面的科普知识。
  • 走进科学丛书:发现未知的世界

    走进科学丛书:发现未知的世界

    1730年7月7日下午5时,在法国某地断头台前,一个人正拼命推开行刑队员套向他脖子的绞索,向蜂拥围观的人群扔出一卷羊皮纸,并大声吼道:“我的财宝属于能读懂它的人!
  • 站在巨人肩上-从居里夫人谈放射化学

    站在巨人肩上-从居里夫人谈放射化学

    本套《站在巨人肩上》丛书,共30本,每本以学科发展状况为主脉,穿插为此学科发展做出重大贡献的一些杰出科学家的动人事迹,旨在从文化角度阐述科学,突出其中的科学内核和人文理念,增强读者科学素养。
  • 青少年身边的环保丛书:人类、自然与城市

    青少年身边的环保丛书:人类、自然与城市

    《人类自然与城市》由谢芾主编:可持续发展的概念最先是1972年在斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上正式讨论的。1987年,世界环境与发展委员会出版《我们共同的未来》报告,将可持续发展定义为:“既能满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。”作者是挪威首位女性首相布伦特兰,她对可持续发展的定义被广泛接受并引用。可持续发展是一个密不可分的系统,既要达到发展经济的目的,又要保护好人类赖以生存的大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境,使子孙后代能够永续发展和安居乐业!
  • 必懂的军事知识

    必懂的军事知识

    军事是一个国家和民族强大和稳定的象征,在国家生活中具有举足轻重的作用。国家兴亡,匹夫有责,全面而系统地掌握军事知识,是我们每一个人光荣的责任和义务,也是我们进行国防教育的主要内容。
热门推荐
  • 伤春嬉笑录

    伤春嬉笑录

    红尘琐事,何处寻。天地辽阔,为谁去。——————————————————代国,建国七十余载,四代君主励精图治,终于迎来了这“盛世”。岱河河畔,一处“浊者自浊”的梧深馆,随着“小厮”于一的成长,慢慢揭开了这世人褒贬不一的艳艳风尘。情之所谓?爱之所谓?深处红尘中,只记卿清时。 于一记得小时候没什么理想的,只愿于娘忙到想不起寻自己,只愿那些男人永远不要回来将于娘赎走,只愿自己能到单号的街边去支个小摊卖她那些稀奇古怪的小玩意,只愿梧深馆的分馆能开到大江南北自己谋个掌牌过过瘾——于一仔细想想,自己真的没有什么想要的。那男子牵着马,在树下站定,侧过身看着她,闻言只一边的嘴角上扬。——那我们改道去乘州。——那个鸟不拉那什么的,乘州。——我们也可以自己养鸟,自然就有鸟那什么了。说完便牵着马走起来,任马上的女子冥思。——(蹙眉)改道?那之前你打算带我去哪?——把你卖给梧深馆。——那咱们还是去喂鸟吧。那男子嘴角笑容更盛,牵着马朝南慢慢走着,有一搭没一搭地和那女子说话。 天明了,熹光懒洋洋照在二人身上,竟迷蒙地像梦。
  • 魂则

    魂则

    世间都知“天纲主宰仙人神兽生死,地律掌控妖魔精怪轮回。”却少有人知晓,在天纲地律以外还有一奇法,名为“魂则”……
  • 落雨凉

    落雨凉

    柠檬酸酸的,冰糖甜甜的,两种俗世的凡品却是福泽神威殿内沐古先知的至爱饮品。悠悠时光的尽头,冰糖与柠檬被迫穿越无尽时空,降临上京城,游艺盛世,演绎斗智斗勇、泣血非凡的生死大爱······
  • 洪荒仙鬼纪

    洪荒仙鬼纪

    天道之下,生,即是为了死;死,即是为了下一轮回的生。生死间,天地法则。仙,本就是天逆而生;修仙,即更是逆天而行。若天欲降罚于吾,吾更要逆天而行!
  • 倾城宠妃:簪缨世家女

    倾城宠妃:簪缨世家女

    簪缨世家女王洛为抵抗家族安排的世家联姻与寒族士子桓云私奔成婚,多年后已位居招远将军的桓云欲娶平阳公主为妻,王洛不允求休去,愤而重生在与桓云相遇前的时光。重生的王洛这一世断不会选择桓云,重生的王洛这一世要过什么样的日子?世事难料,人生如棋局,王洛这一世想活得恣意随性,却还是免不了爱恨纠葛。倾城宠妃乱君心,重生贵女谋天下!
  • 瞎皇的守财奴:异瞳魂医

    瞎皇的守财奴:异瞳魂医

    出生之时酷夏飘雪众人说她乃灾被卖之后成为实验品她只求得一生平安命运与她开了个天大的玩笑总是不随她愿最后撒下诅咒是恨是怨?众人说他瞎,说他无能,说他死得早可偏偏,她嫁给了那个无能的男人众人看他们非死即伤………………对不起,老天不让她如愿她自然不会让别人如愿
  • 如果背离请勿相思

    如果背离请勿相思

    人生很长,人生也很短。每一场邂逅都是前世多年累月的修行才换来的,请认真对待。在自己的剧本里,你可以没有台词,但你可以用心去对待。
  • 古梦迷箫

    古梦迷箫

    每逢七月鬼节,江河大道总响彻着悠扬的箫音,那熟悉的旋律,还有心中不忘的人。耳畔回响着一个声音——“神,未必就是对的!你要记住这份仇!来日,亲手奉还……”平行时空飘落一滴泪,前缘未断,“你相信缘分吗?”今缘又起,“如果我喜欢她,就让我遭九天雷劫!”“如果我喜欢他,就叫我不得好死!”一段笙箫忘了痛,一曲《渡鬼》渡了谁?缘来缘去皆是梦,命途奔波皆虚妄……入赘长孙家,这本是他的权宜之计,为了魔族的未来,他甚至拿自己的终身去赌妖皇的一句承诺,到头来却是怎样的结局?
  • 无界灵塔

    无界灵塔

    少年,想拥有顶级功法,成为绝世强者吗?来,拜我为师少年,想拥有长生不死,成为不巧存在吗?来,拜我为师少年,想拥有宝物无数,身边美女如云吗?来,拜我为师这本破书就是你所说的狗屁顶级功法?这些破铜烂铁就是所谓的宝物?不过这异界的美女还真TM的美,但是师傅,别光给我看图鉴啊,什么时候来个真人。哎,师傅别走啊,有没有听到我说的话...想要自己找去···说好迎娶白富美,说好走向人生巅峰,师傅,能不能别带坑啊。师傅······
  • 梦红楼

    梦红楼

    本文主要是作者通过叙事手法描写的一些故事场景,结合诗歌和各种短篇小文章。且看作者如何带入那个年代的一些故事……