材料疲劳造成的灾难及我们从中吸取的教训

Versailles Train Crash, 1842

On the afternoon of May 8, 1842, 路易-菲利普一世的生日庆典刚刚在凡尔赛结束. 数百名观众挤进数不清的火车车厢, 数量如此之多，以至于需要两个火车头来拉动. 当时火车正在返回巴黎的路上, 领头的机车断了一个车轴, 导致引擎脱轨. 连锁反应导致许多列车车厢相互堆积并起火, 这是由发动机燃烧室的分散造成的. 大多数估计将55人死于事故和随后的火灾. 当时锁乘客门的普遍做法也可能是一个促成因素. 

凡尔赛火车相撞事故是法国第一起此类事故，并成为世界头条新闻. 事故发生时，人们还没有很好地了解金属疲劳和随着时间的推移而普遍退化的情况, 这导致了普通民众的恐惧和困惑. Rail companies, government agencies, 学者们都开始仔细研究并从中吸取教训，以防止未来的灾难, 以及恢复公众对年轻的铁路系统的信任，使其成为安全可靠的交通工具. 

威廉·兰金和奥古斯特Wöhler只是多年致力于设计进步的众多研究人员中的几个, testing, 以及火车车轴的维护. Because of this, 历史学家认为，凡尔赛事故标志着人类对疲劳和疲劳领域的严肃兴趣和研究的开始 fracture mechanics这使得设计和制造更安全、更耐用的商品和零部件成为可能. 

波士顿糖蜜灾难(1919年

On January 15, 1919, a 2.300万加仑的油箱装满了 在波士顿的北端坍塌了 neighborhood. 目击者称听到了什么 听起来像枪声，铆钉从 50-foot-tall tank. 崩塌产生了糖蜜 海浪高达25英尺，时速高达35英里 at its peak. 强烈的波浪损坏了钢 高架铁轨上的大梁被扫过 多座建筑物的地基坍塌 淹没了无数的城市街区. 

随后进行了全面调查，使许多因素浮出水面. One of 最关键的因素是坦克被忽视和普遍失修的状态 when the collapse occurred. 报告指出，基本的泄漏和压力试验是 在将储罐投入使用之前被忽略的操作. Reports also stated that the 油箱加满油后漏得太厉害，不得不把它涂成棕色以掩盖缺陷. 

尽管如此，坦克仍然在服役. 对坍塌后证据的观察表明，根本原因起源于a附近 在圆柱形储罐底部的人孔盖，环向应力集中的地方 highest. 认为疲劳裂纹是在井盖附近产生的，并逐渐发展为疲劳裂纹 失效前的临界长度. 其他影响因素包括发酵 油箱和温度的急剧上升，这两者都可能导致内部 油箱的压力要大大提高.

德哈维兰彗星飞机坠毁，1954年

德哈维兰彗星是世界上第一架商用喷气客机，由 英国的德·哈维兰. 彗星号是英国在二战中的最高成就 时间，并进一步提高了他们在世界范围内的航空优势，直到第一次 致命事故最终归因于金属疲劳. 

1954年1月，美国海外航空公司781航班在空中经历了爆炸性减压 从罗马到伦敦途中的地中海. 机上35名乘客和机组人员全部遇难 所有彗星飞机立即停飞. 经过广泛的搜索和恢复 任务结束后，官员们开始检查找到的飞机. 很明显，飞机 飞机在半空中解体，官员们最初认为是发动机涡轮爆炸 caused the accident. 所有的彗星和飞机都进行了涡轮改装 once again allowed to fly. 

就在被允许飞行几周后，另一架彗星飞机南非航空公司 201航班，在地中海上空经历了爆炸性减压从 Rome to Johannesburg. 21名乘客和机组人员全部遇难. This incident 导致调查人员质疑他们关于涡轮机爆炸是罪魁祸首的假设 of the decompression. 

经过对这两架飞机长达数年的广泛调查，确定是金属 设计缺陷引起的疲劳最终导致了两者的爆炸性减压 instances. 金属疲劳起因于一个用于导航的前窗附近. Several 观察了影响因素. 首先，方形窗户的设计引起了 窗户角落的应力高度集中. 事实上，计算表明 飞机在压力下高达70%的极限应力集中在 飞机窗户的角落. 其次，窗户周围的支撑 按最初规定用铆钉而不是胶合，而且铆钉孔引起疲劳 反复加压循环后产生裂纹. 

从这些事故中得出的结论被用来全面检查航空要求 passenger cabin strength. 此外，在飞机上消除了尖锐的点和边缘 设计，以减少应力集中.

Alexander L. Kielland Oil Platform, 1980

1980年3月27日，亚历山大. Kielland是一个石油钻井平台，驻扎在挪威 waters on the North Sea. 200多名工人下班了 当一声“尖锐的裂缝”报告时，这艘船. 钻机突然倾斜成30度角. 钻井平台的六根锚索中有五根断裂，只剩下最后一根锚索来支撑钻井平台 massive stress levels. 钻井平台在这个位置保持相对稳定的时间很短 直到最后一根电缆断裂，钻井平台完全倾覆入海. More than 120名工人在翻船中丧生，这是中国发生的最严重的灾难 二战后的挪威水域. 

随后的调查是 能把事件拼凑起来 那天晚上，他们决定 坍塌的起因是由 疲劳开裂在其中之一 钻机的结构支撑. The 然后将裂缝追踪到一个小的6毫米 连接无负载的角焊缝 支座法兰板与支撑. 角焊缝有一个差的轮廓和 明显的冷裂 导致…显著减少 fatigue strength. The flange plate was 也被明显的薄层削弱 撕裂，这增加了压力 concentrations. The cyclical stresses 经历过的钻井平台 海洋进一步加剧了危机 situation.

逃避火车灾难，1998年

On June 3, 1998, 一列从慕尼黑开往汉堡的高速列车因一个车轮失灵而脱轨, 引发了连锁反应，导致一座桥梁倒塌，十几节火车车厢脱轨. 

1号车上的钢轮胎在失效时引发了连锁反应, was released from the train, 然后陷进了第一辆车的地板里. 当火车经过一个转道口时, 嵌入的轮胎砰地一声撞在开关的导轨上, 导致导轨也嵌入火车, 是什么抬起了火车的车轴 off of the track. 当火车驶近第二个转弯处时, 脱轨的一个轮子撞到了开关, which changed its setting. 这导致3号车的后轴被拉到平行轨道上, violently derailing the car, 它击中并摧毁了一座立交桥的主要支柱. Several more cars, traveling at 120 mph, 击打桥梁直到它完全倒塌, 挡住了整个轨道. 剩下的汽车全速冲向废墟，造成了大规模的连环相撞. 

总共有101人死亡，近100人受伤. Among other factors, 调查人员确定车轮的设计存在缺陷，并且在实施之前缺乏足够的验证测试. 工程师们在轮胎和轮体之间放置了一个橡胶阻尼圈，以减少巡航时的振动. 这在几个方面增加了疲劳敏感性: 

• 车轮转动时，轮胎被压扁成一个椭圆形 每一次旋转(大约50万次在典型的一天 服务)，具有相应的疲劳效应.
•  与纯粹的单块车轮设计相比，裂纹也可能 形成在轮胎内部. 
• 当轮胎因磨损而变薄时，动力就会减小 夸张，导致裂纹扩大. 
• 轮胎上的扁平斑点、隆起或隆起会显著增加轮胎的 动态作用力对装配和大大加速磨损.

其他因素包括维护不当(记录显示，这个特殊的轮子在导致撞车的几次检查中都没有通过), 尽管它从未被替换过), 跨桥设计(没有跨距设计), 以及在车厢车身上使用焊接(导致在撞车时“拉开拉链”)作为灾难的结果, 所有具有类似设计的车轮都被替换为单块车轮.

The Element advantage 

Element offers a variety of fatigue tests, including ASTM E466高周疲劳, ASTM E600 low cycle fatigue, 热机械疲劳(TMF)测试以及一系列材料的专门课程. 

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