俄亥俄州立大学的研究人员正在发现微观腐蚀如何攻击飞机上常用的铝合金的新见解。 他们开发了一个退化的统计模型，并在计算机上进行了模拟，使用了一个看似不太可能的类比：开裂的砖墙。 他们的发现有一天可以帮助科学家更好地理解这种腐蚀，也可以解释其他类型合金的腐蚀。 俄亥俄州立大学材料科学与工程教授杰拉尔德·弗兰克尔（Gerald Frankel）解释说，尽管这种被称为2024-T3的合金强度高，一般耐腐蚀，但它很容易受到晶间腐蚀的影响——当表面上的微小凹坑发展成裂缝状裂缝，蜿蜒成一部分，削弱了结构。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球 弗兰克尔在实验室中长期以来一直在实验2024-t3，他怀疑将这种腐蚀的良好方法在计算机上模拟这种腐蚀可能是使用砖墙的类比 - 在谷物之间模拟谷物之间的裂缝被模拟为砂浆裂缝之间的裂缝砖之间。但是建模铝合金的复杂微观结构非常困难。 他联系了俄亥俄州立大学统计学教授兼主席道格·沃尔夫（Doug Wolfe），并与他们的学生一起开发了一个统计模型，该模型取决于合金内部裂纹以各种不同方式转动的概率。 在12月份的统计规划和推理期刊中，研究人员报告说，它们的砖墙模型模拟了合金中的晶间腐蚀，具有近乎完美的准确性。 Frankel说，裂缝似乎遵循合金谷物之间的随机路径。金属合金由许多单独的晶粒组成，这是原子在特定方向上对齐的区域。 Frankel说，像新的镀锌垃圾表面上的表面上的大谷物一样，肉眼可见。在飞机中使用的高强度铝合金中，晶粒是微观的。 腐蚀通常发生在晶粒之间的区域，称为晶界，更容易受到侵蚀。有时裂缝会自行翻转，并在表面无害地重新出现，而有时它会完全穿过零件。当零件位于飞机蒙皮上时，必须快速更换，而且成本高昂。Frankel指出，美国空军每年花费近10亿美元对抗腐蚀。
Wolfe和博士生rushiling Ruan模拟了一种情况，许多裂纹开始于合金薄板的顶部表面。他们允许裂缝向各个方向旋转——上、下、左、右——直到一个裂缝完全穿透薄板，从另一边出现。基于上千次的模拟，他们估计了第一个关键裂缝所经过的路径长度与薄片宽度的比例。 他们的发现反映了Frankel在实验室的实验，他和博士生张伟龙在实验室测量了晶间腐蚀裂纹通过不同宽度薄板传播的时间。他们计算出裂缝长度与板材宽度之比为4.29，这意味着对于给定的板材宽度，第一条裂缝的平均长度为该宽度的4.29倍。 在他们的模拟中，Wolfe和Ruan获得了较近4.25的比例。 弗兰克尔说，了解这些裂缝是如何传播的很重要。飞机上的应力会导致裂缝变成大裂缝，如果不及时修复，可能导致灾难。 因此，了解裂纹扩展如何依赖于材料微观结构，有朝一日可以预测何时需要预防性维护。 沃尔夫的惊喜，影响路径长度最多的因素不是特定裂缝的方向会转向，而是当裂隙来到路径之间的交叉点时发生了什么 - 合金中的三颗粒边缘满足的一点。有一个裂缝可以转动，或者继续遵循直路，有效地“跳过”交叉路口。 沃尔夫说：“起初，我们猜测最重要的因素是裂缝向下延伸的可能性，因此裂缝会朝着床单的背面延伸。我们没想到跳跃是延长裂缝长度的真正罪魁祸首。”。 裂缝很少发现通过纸张发现短路。有许多跳过的裂缝更有可能在谷物之间横过蜿蜒而陷入困境，而且更少可能通过它来实现。 在未来，工程师可能会设计一种材料的微观结构，以增加跳过的概率，如果他们可以确定跳过的速度。弗兰克尔嫌疑人似乎在谷物之间的化学变化或谷物中原子角之间的变化可能起到重要作用。但他还说这项工作刚刚开始，任何这样的应用都很长。 “问题是，我们不知道这些概率如何将板材变成板或合金，”他说。 未来的工作将不得不评估裂纹如何穿过其他合金。由于砖墙模型目前仅为二维，研究人员必须将其扩展到三维以获得更真实的结果。 |