Накопление энтропии в материале можно отследить по нагреву
Мы живем в мире, где почти все полностью зависит от машин, и когда они ломаются, это может стать причиной катастрофы. Ученые из Центра вращающихся механизмов инженерного колледжа LSU разработали метод определения момента, когда напряженный металл достигает предела своего срока службы. Это открытие может сэкономить миллионы долларов и спасти жизни людей.
Определить точку, в которой материалы достигают предела, очень сложно. Химические заводы, например, полагаются на огромное количество машин, обеспечивающих безопасную работу, и аварийное отключение только одной установки может спровоцировать катастрофу.
Ученым удалось выяснить, что большинство металлов одинаково реагируют на стресс внешних циклических напряжений - изгиба, кручения, растяжения, сжатия. Эти напряжения приводят к увеличению температуры металла, и непосредственно перед поломкой происходит ее внезапный резкий скачок. Более того, по мере старения металла его качество снижается и растет количество внутренних повреждений, которое достигает максимального значения непосредственно перед изломом.
Команда ученых обнаружила, что увеличение нарушений внутренней структуры металла повышает ее энтропию, что, в соответствии с термодинамическими принципами, проявляется в повышении температуры. Исследователи предположили, что в момент поломки общая суммарная энтропия постоянна и не зависит от частоты колебаний, нагрузки или размера образца. С помощью инфракрасных камер и компьютерных технологий они изучили результаты тестов на изгиб и кручение алюминия и нержавеющей стали. Тщательные эксперименты подтвердили их гипотезу: общая суммарная энтропия до разрушения была постоянной и это является особенностью металла.
Таким образом, для некоторых материалов можно контролировать накопление энтропии и избежать катастрофического разрушения. В частности, можно использовать это явление в системах автоматической остановки машины, которые выключат ее по достижении, например, 90% ресурса.
Определить точку, в которой материалы достигают предела, очень сложно. Химические заводы, например, полагаются на огромное количество машин, обеспечивающих безопасную работу, и аварийное отключение только одной установки может спровоцировать катастрофу.
Ученым удалось выяснить, что большинство металлов одинаково реагируют на стресс внешних циклических напряжений - изгиба, кручения, растяжения, сжатия. Эти напряжения приводят к увеличению температуры металла, и непосредственно перед поломкой происходит ее внезапный резкий скачок. Более того, по мере старения металла его качество снижается и растет количество внутренних повреждений, которое достигает максимального значения непосредственно перед изломом.
Команда ученых обнаружила, что увеличение нарушений внутренней структуры металла повышает ее энтропию, что, в соответствии с термодинамическими принципами, проявляется в повышении температуры. Исследователи предположили, что в момент поломки общая суммарная энтропия постоянна и не зависит от частоты колебаний, нагрузки или размера образца. С помощью инфракрасных камер и компьютерных технологий они изучили результаты тестов на изгиб и кручение алюминия и нержавеющей стали. Тщательные эксперименты подтвердили их гипотезу: общая суммарная энтропия до разрушения была постоянной и это является особенностью металла.
Таким образом, для некоторых материалов можно контролировать накопление энтропии и избежать катастрофического разрушения. В частности, можно использовать это явление в системах автоматической остановки машины, которые выключат ее по достижении, например, 90% ресурса.
Ещё новости по теме:
18:20