說(shuō)起螺栓,幾乎無(wú)人不曉。因?yàn)槁菟ㄒ呀?jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶,并且與我們的生活息息相關(guān)。大到飛機(jī)、輪船,小到手機(jī)、手表,幾乎都有螺栓的用武之地。

然而,要說(shuō)起更“聰明”的智能螺栓,恐怕知道的人就不多了。今天,我們就來(lái)聊聊這方面的話題。

最近,由沈陽(yáng)飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所王健志研發(fā)的智能螺栓引起了國(guó)內(nèi)外的高度關(guān)注。

我們不妨來(lái)看看什么是智能螺栓。智能螺栓就是賦予螺栓以感知功能的螺栓。具體點(diǎn)來(lái)說(shuō),智能螺栓就是在螺栓中加入了傳感器,因此能夠主動(dòng)感知載荷的具體數(shù)值。
從模樣上來(lái)看,智能螺栓著實(shí)也沒(méi)有什么特別之處,不過(guò)在螺栓上有一個(gè)直徑1毫米的小孔。智能螺栓的核心機(jī)密就藏在這個(gè)小孔之中,原來(lái)其中藏有一種叫做光柵傳感器的高科技裝備。

從其中引出的細(xì)小光纖就連接到監(jiān)測(cè)儀器上,屆時(shí)螺栓就能主動(dòng)感知載荷力量的大小,并能對(duì)自身狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。如果螺栓出現(xiàn)松動(dòng)或斷裂的跡象時(shí),系統(tǒng)就會(huì)及時(shí)發(fā)出預(yù)警了。

螺栓智能化,對(duì)于螺栓來(lái)說(shuō)也是一個(gè)挑戰(zhàn)。由于工作人員能夠?qū)崟r(shí)掌握螺栓的使用狀態(tài)了,“出工不出力”的螺栓再也“混”不下去了,“大馬拉小車”的螺栓也該調(diào)整崗位了……

小螺栓如此不起眼,又是怎么引起科學(xué)家關(guān)注的呢?

小螺栓何以引關(guān)注?

小小螺栓看似貌不驚人,但工作的崗位卻非常特殊。一架飛機(jī)或者一輛汽車之所以能成為一個(gè)整體,小螺栓在其中扮演了重要角色。試想,沒(méi)有小螺栓的連接,數(shù)量眾多的零部件能夠拼裝在一起嗎?

可這樣一來(lái),問(wèn)題也就來(lái)了。人們自然會(huì)擔(dān)心,用螺栓連接的飛機(jī)或汽車性能可靠嗎?這的確是一個(gè)關(guān)乎人們生命安全的大問(wèn)題。

千百年來(lái),人類在這方面的教訓(xùn)是極為深刻的。在航空、航天、航海、建筑、橋梁、電力、交通等領(lǐng)域,由于螺栓松動(dòng)或疲勞引起的事故不勝枚舉,因此造成的生命財(cái)產(chǎn)損失也是難以估量的。

2007年8月20日,“華航”一架波音737-800型客機(jī)在沖繩那霸機(jī)場(chǎng)著陸后起火爆炸。調(diào)查結(jié)果稱,起火系由一顆松動(dòng)的螺絲刺穿油箱而致,并發(fā)生了強(qiáng)烈爆炸,機(jī)身被燒焦斷裂。所幸的是,機(jī)上165名乘客和機(jī)組人員全部安全撤離。臺(tái)灣各大報(bào)紙均在頭版報(bào)道了“華航”班機(jī)爆炸事件，畢竟是人命關(guān)天,小小螺栓也不容小覷哦!如果能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控螺栓的使用狀態(tài),那么類似的事故不就可以大幅度避免了嗎?

智能螺栓為安全“把關(guān)”

幾乎每個(gè)家庭都備有扳手之類的簡(jiǎn)單工具,一旦有螺栓松動(dòng)了就把它擰一擰。這對(duì)于靜止的小型器物來(lái)說(shuō)也沒(méi)有什么不妥,可是對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的機(jī)器來(lái)說(shuō)就未必合適了。

就拿飛機(jī)來(lái)說(shuō)吧。像機(jī)體和機(jī)翼等一些重要的部位,如果螺栓不能承受實(shí)際載荷,或者螺栓到了金屬疲勞期……那么就會(huì)危及到整個(gè)飛機(jī)的安全。

怎么,金屬也會(huì)疲勞嗎?回答是肯定的。原來(lái),金屬在長(zhǎng)時(shí)間多次反復(fù)受力后也會(huì)出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象(參見(jiàn)《看似堅(jiān)硬的金屬為什么也會(huì)疲勞呢?》)。

那么,金屬疲勞后有什么樣的表現(xiàn)呢?金屬疲勞之后耐受載荷的能力就大大降低了。與沒(méi)有疲勞的金屬相比,疲勞的金屬即使受到比正常情況下小得多的應(yīng)力作用也有可能發(fā)生斷裂。

金屬疲勞一向被認(rèn)為是飛機(jī)失事的禍?zhǔn)字?。由于金屬疲勞破壞具有時(shí)間上的突發(fā)性、位置上的局部性以及對(duì)環(huán)境和缺陷的敏感性等特點(diǎn),因此不易被人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)。智能螺栓能夠主動(dòng)感知螺栓內(nèi)部各種受力載荷的數(shù)據(jù),并反饋給工作人員。使得工作人員可以隨時(shí)了解螺栓的使用狀況,因而為螺栓的維護(hù)和更換等提供了科學(xué)依據(jù),使提前消除事故隱患成為可能。

螺栓無(wú)處不在,安全彌足珍貴!讓智能螺栓為安全“把關(guān)”,不失為高端制造業(yè)的一個(gè)新亮點(diǎn)。據(jù)悉,智能螺栓在民生領(lǐng)域的應(yīng)用市場(chǎng)十分巨大,僅在電力、船舶、建筑、高鐵等基礎(chǔ)工業(yè)中的市場(chǎng)份額就在25億元左右。