Войти
Обрушение моста через реку Миссисипи I-35W в августе 2007 г. Инженерные катастрофы возникают часто от ярлыков в процессе проектирования. Инженерное дело - это наука и технология, используемые для удовлетворения потребностей и запросов общества. Эти требования включают здания, самолеты, суда и компьютерное программное обеспечение. Чтобы удовлетворить потребности общества, создание новых технологий и инфраструктуры должно осуществляться эффективно и с минимальными затратами. Для этого менеджерам и инженерам необходим взаимный подход к конкретному запросу. Это может привести к сокращению технических средств проектирования и снижению затрат на строительство и изготовление. Иногда эти ярлыки могут привести к неожиданным сбоям в конструкции.
Отказ происходит, когда конструкция или устройство использовались за пределами дизайна, что препятствует правильной работе. Если конструкция спроектирована так, чтобы выдерживать только определенное количество напряжения, деформации или нагрузки, и пользователь применяет большее количество, структура начнет деформироваться и в конечном итоге разрушится. Несколько факторов способствуют отказу, включая дефектный дизайн, неправильное использование, финансовые затраты и недопонимание.
В инженерной области подчеркивается важность безопасности. Уроки прошлых инженерных неудач и печально известных катастроф, таких как взрыв Челленджера, позволяют понять, что может случиться, если не будут приняты соответствующие меры безопасности. Тесты безопасности, такие как испытание на растяжение, анализ методом конечных элементов (FEA) и теории отказов, помогают инженерам-проектировщикам получать информацию о том, какие максимальные силы и напряжения могут быть приложены к определенной области дизайн. Эти меры предосторожности помогают предотвратить отказы из-за перегрузки и деформации.
Кривая напряжение-деформация, показывающая типичный предел текучести для пластичных металлов. Напряжение (σ) показано как функция деформации (ϵ). Напряжение и деформация коррелируют с помощью модуля Юнга: σ = Eϵ, где E - наклон линейного участка графика. Статическая нагрузка - это когда сила прикладывается медленно к объекту или конструкции. Испытания статической нагрузкой, такие как испытания на растяжение, испытания на изгиб и испытания на кручение, помогают определить максимальные нагрузки, которые конструкция может выдержать без остаточной деформации или разрушения. Испытания на растяжение являются обычным делом при расчете кривой напряжения-деформации, которая может определять предел текучести и предел прочности конкретного испытательного образца.
Испытание на растяжение композитного образца Образец медленно растягивается при растяжении до разрыва, при этом постоянно контролируются нагрузка и расстояние по всей длине образца. Образец, подвергнутый испытанию на растяжение, обычно может без разрушения выдерживать напряжения, превышающие его предел текучести. Однако в определенный момент образец распадется на две части. Это происходит потому, что микроскопические трещины, возникшие в результате текучести, распространятся на большие размеры. Напряжение в точке полного разрушения называется пределом прочности материала на растяжение. Результатом является кривая «напряжение-деформация» поведения материала при статической нагрузке. Благодаря этому испытанию на растяжение предел текучести определяется в точке, где материал начинает более легко поддаваться приложенному напряжению, и скорость его деформации увеличивается.
Когда материал подвергается воздействию остаточная деформация из-за воздействия радикальных температур или постоянной нагрузки может нарушить функциональность материала. Эта зависящая от времени пластическая деформация материала известна как ползучесть. Напряжение и температура являются основными факторами скорости ползучести. Чтобы конструкция считалась безопасной, деформация из-за ползучести должна быть намного меньше деформации, при которой происходит разрушение. Как только статическая нагрузка заставляет образец преодолевать эту точку, образец начинает постоянную или пластическую деформацию.
В механическом проектировании большинство отказов происходит из-за изменяющихся во времени или динамических нагрузок, которые прилагаются к система. Это явление известно как усталостное разрушение. Усталость известна как слабость материала из-за изменений напряжения, которое многократно прикладывается к указанному материалу. Например, при растяжении резиновой ленты до определенной длины без ее разрыва (т. Е. Без превышения предела текучести резиновой ленты) резинка вернется к своей исходной форме после отпускания; однако многократное растягивание резиновой ленты с той же силой в тысячи раз приведет к образованию микротрещин в полосе, что приведет к ее разрыву. Тот же принцип применяется к механическим материалам, таким как металлы.
Усталостное разрушение всегда начинается с трещины, которая может образоваться со временем или из-за используемого производственного процесса. Три стадии усталостного разрушения:
Обратите внимание, что усталость не означает, что прочность материала после разрушения снижается. Первоначально это понятие относилось к материалу, который «устает» после циклической загрузки.
Инжиниринг - это точная дисциплина, требующая общения между разработчиками проекта. Некоторые формы недопонимания могут привести к ошибочному дизайну. Различные области инженерии должны взаимодействовать друг с другом, включая гражданскую, электрическую, механическую, промышленную, химическую, биологическую и экологическую инженерию. Например, современный автомобильный дизайн требует, чтобы инженеры-электрики, инженеры-механики и инженеры-экологи работали вместе, чтобы создать экономичный и долговечный продукт для потребителей. Если инженеры не будут должным образом общаться друг с другом, потенциальная конструкция может иметь недостатки и быть небезопасной для покупки потребителями. Инженерные катастрофы могут быть результатом такого недопонимания, в том числе 2005 г. обвалы дамбы в Большом Новом Орлеане, Луизиана во время урагана Катрина, космического корабля «Колумбия». катастрофа и обрушение дорожки Hyatt Regency.
Исключительным примером этого является Mars Climate Orbiter. «Основной причиной насильственной гибели орбитального аппарата было то, что одна часть наземного программного обеспечения, поставляемого Lockheed Martin, давала результаты в обычном для США устройстве, вопреки спецификации программного интерфейса (SIS), в то время как вторая система, предоставленная НАСА, ожидала таких результатов. результаты должны быть в единицах СИ в соответствии с SIS ". Lockheed Martin и генеральный подрядчик потерпели неудачу в общении.
Программное обеспечение сыграло роль во многих громких катастрофах.
Когда крупные проекты, такие как инфраструктура и самолеты, терпят неудачу, могут пострадать несколько человек, что приведет к инженерной катастрофе. Катастрофа определяется как бедствие, которое приводит к значительному ущербу, который может включать гибель людей. Глубокие наблюдения и анализ после бедствий были в значительной степени задокументированы, чтобы помочь предотвратить возникновение подобных бедствий.
Изображение измененного дизайна, сделанного изготовителем ночью 17 июля 1981 года в Канзас-Сити, Миссури, США, два подвесных прохода в отеле Hyatt Regency обрушились, 114 человек погибли и 200 получили ранения. Во время этого бедствия в отеле проводился танцевальный конкурс. Многие участники соревнований и наблюдатели стояли и танцевали на подвесных дорожках, когда соединения, поддерживающие потолочные балки, которые поднимали проходы второго и четвертого этажей через атриум, вышли из строя и рухнули на переполненный атриум первого этажа ниже. 96>
Во время расследования обрушения пешеходной дорожки инженер-архитектор Уэйн Г. Лишка заметил существенное изменение первоначального дизайна. Изготовитель сконструировал двухстержневую опорную систему, а не первоначально спроектированную одностержневую систему без одобрения группы инженеров-проектировщиков. При этом созданные опорные балки удвоили нагрузку на соединитель, что привело к выходу из строя прохода. Было задокументировано, что даже одностержневая система едва выдержала бы ожидаемую нагрузку и не соответствовала бы стандартам Строительного кодекса Канзас-Сити.
Окончательный анализ повреждений привел к нескольким выводам, включая:
Катастрофа космического челнока "Челленджер" произошла 28 января 1986 года, когда НАСА Орбитальный аппарат космического корабля "Шаттл" "Челленджер" (OV-099) (миссия STS-51-L ) развалился на 73 секунде полета, что привело к гибели семи членов экипажа. Разрушение корабля началось после отказа уплотнительного кольца в его правом твердотопливном ускорителе (SRB) при взлете.
Экипаж миссии STS-107. Катастрофа космического корабля "Колумбия" (OV-102) произошла 1 февраля 2003 г. на заключительном этапе STS-107. При повторном входе в атмосферу Земли над Луизианой и Техасом шаттл неожиданно распался, в результате чего все семь астронавтов на борту погибли. Позже было обнаружено, что причиной является повреждение теплоизоляционной плитки от удара падающим куском пенопласта из внешнего бака во время запуска 16 января. Это был седьмой известный случай, когда именно эта деталь вырвалась во время запуска. Когда шаттл снова вошел в атмосферу Земли на скорости 23 Маха, температура его крыла составила 2800 ° F (1540 ° C). Ущерб от удара изоляции, нанесенный во время запуска, оказался фатальным, поскольку шаттл распался во время возвращения в полет. Исследовательская группа НАСА обнаружила расплавленный алюминий на термоплитках и внутренних краях левого крыла космического корабля, что подтверждает мнение о том, что разрушение Колумбии произошло из-за горячих газов, проникших в поврежденное место на крыле.
Роджер Л.М. Данбар из Нью-Йоркского университета и Рагху Гаруд из Государственного университета Пенсильвании предоставили описание случая того, какие оплошности НАСА предприняли, что привело к катастрофе космического корабля Колумбия. Центр управления полетом посчитал, что просыпание пены не было фактором безопасности до запуска, полагал, что повреждение панелей шаттла не было значительной проблемой, что, в свою очередь, привело к задержке анализа повреждений по состоянию на 17 января 2003 г. и отказало в запросе действий миссии в период с 18 января по 19. Только 24 января 2003 г. центр управления полетом классифицировал повреждение как проблемный. Эти ошибки при обмене информацией между центром управления миссией и группой по оценке обломков препятствовали надлежащему исследованию повреждений космического корабля.
Пострадали корабли ранней Свободы трещины на корпусе и палубе, и некоторые из них были потеряны из-за таких структурных дефектов. Во время Второй мировой войны было почти 1500 случаев значительных хрупких переломов. Три из 2710 построенных Liberty сломались пополам без предупреждения. При низких температурах стальные корпуса трескались, в результате чего более поздние корабли строились из более подходящей стали.
Изображение катастрофы парохода Sultana Ночью 26 апреля 1865 года пассажирский пароход Sultana взорвался на реке Миссисипи в семи милях ( 11 км) к северу от Мемфиса, Теннесси. Эта морская катастрофа считается самой ужасной в истории США. Взрыв привел к гибели 1547 человек, что превышает общее число погибших в результате затопления Титаника (которое, несмотря на то, что Нью-Йорк является предполагаемым местом назначения Титаника, не классифицируется как морская катастрофа в США, поскольку он не происходило с судном под флагом США и не встречалось в территориальных водах США ). Султана была переполнена из-за обмена солдатами и пленными в конце Гражданской войны в США. Перенаселенность значительно увеличила число погибших. Другой причиной большого числа погибших была конструкция парохода, состоящая из дерева, которая, как было документально подтверждено, была полностью охвачена пламенем примерно через семь минут после взрыва. Взрыв произошел около полуночи, когда река Миссисипи была в стадии наводнения. Было документально подтверждено, что единственная металлическая спасательная шлюпка на борту «Султаны» была сброшена с верхней палубы, приземлившись на нескольких человек, плывущих с парохода, что привело к дальнейшим смертельным случаям.
Считалось, что катастрофа произошла в результате ремонта котла. взрыв, который привел к взрыву двух из трех других котлов. Первоначальный котел был ранее обнаружен с утечкой и был неправильно отремонтирован изготовителем котла Р. Г. Тейлором по приказу капитана Дж. Кэсса Мейсона из-за нехватки времени в Виксбурге, штат Миссисипи. В то время как главный инженер Натан Винтрингер одобрил ремонт котла, Тейлор заявил, что котел нельзя считать безопасным, так как котел, похоже, сгорел из-за того, что в него работало слишком мало воды. Во время путешествия по реке Миссисипи котел взорвался, и огонь распространился по пароходу. Пожар на борту привел к обрушению обеих дымовых труб Султаны, в результате чего погибло много пассажиров. Капитан Султаны погиб вместе с кораблем.
