Quando i componenti metallici negli aeroplani, ponti e altre strutture si incrinano, i risultati sono spesso catastrofici. Ma i ricercatori della Johns Hopkins University hanno trovato un modo per prevedere in modo affidabile le vulnerabilità prima dei test attuali.

In un articolo pubblicato oggi in Scienza , I ricercatori della Johns Hopkins University descrivono in dettaglio un nuovo metodo per testare i metalli su scala microscopica che consente loro di infliggere rapidamente carichi ripetitivi sui materiali mentre registrano come i danni che ne conseguono si evolvono in crepe.

"Ora siamo in grado di avere una comprensione più fondamentale di ciò che porta a crepe, " El-Awady ha detto. "L'implicazione pratica è che ci permetterà di capire e prevedere quando o come il materiale fallirà".

Che si tratti del martellamento dei veicoli sui ponti o dei cambiamenti nella pressione dell'aria sugli aerei, tale cambiamento continuo chiamato "carico ciclico" induce gradualmente scivolamenti nella struttura molecolare interna dei metalli più durevoli fino a quando si verificano crepe che avrebbero potuto essere previste molto prima della loro pericolosa comparsa.

"Il cedimento per fatica affligge tutti i metalli e mitigarlo è di grande importanza, " El-Awady ha detto. "È la principale causa di crepe nei componenti metallici degli aerei".

Questo è il motivo per cui è pratica comune nel settore delle compagnie aeree attenersi a programmi di sostituzione regolari e costosi per molte parti. Ma la vita di quelle parti potrebbe essere determinata in modo più accurato comprendendo meglio le origini dell'inizio delle crepe. Gli investigatori francesi solo il mese scorso hanno chiesto revisioni del design dell'Airbus A380 per determinare se si proteggono dai rischi di affaticamento del metallo.

"Con la mancanza di comprensione dei meccanismi che portano all'inizio del crack, è stato difficile prevedere con ragionevole precisione la vita residua di un materiale caricato ciclicamente, " El-Awady ha detto. "Il componente potrebbe effettivamente andare bene e non guastarsi mai, ma lo buttano via comunque esclusivamente sulla base di argomenti statistici. È un enorme spreco di denaro".

La maggior parte dei test attuali per comprendere le origini dell'inizio della fessurazione si sono concentrati sui momenti immediatamente precedenti o successivi alla rottura per valutare cosa è successo nella composizione del metallo. E molti di questi test utilizzano campioni molto più grandi che precludono il monitoraggio dell'inizio del danno, che è una caratteristica della scala sub-micrometrica. Il nuovo metodo restringe l'obiettivo il più piccolo possibile e inizia quando i metalli vengono esposti per la prima volta a carichi che portano a danni localizzati che potrebbero diventare crepe.