說起螺栓,幾乎無人不曉。因為螺栓已經(jīng)走進了千家萬戶,并且與我們的生活息息相關。大到飛機、輪船,小到手機、手表,幾乎都有螺栓的用武之地。

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

最近,由沈陽飛機設計研究所王健志研發(fā)的智能螺栓引起了國內外的高度關注。

我們不妨來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。具體點來說,智能螺栓就是在螺栓中加入了傳感器,因此能夠主動感知載荷的具體數(shù)值。
從模樣上來看,智能螺栓著實也沒有什么特別之處,不過在螺栓上有一個直徑1毫米的小孔。智能螺栓的核心機密就藏在這個小孔之中,原來其中藏有一種叫做光柵傳感器的高科技裝備。

從其中引出的細小光纖就連接到監(jiān)測儀器上,屆時螺栓就能主動感知載荷力量的大小,并能對自身狀態(tài)進行實時在線監(jiān)測。如果螺栓出現(xiàn)松動或斷裂的跡象時,系統(tǒng)就會及時發(fā)出預警了。

螺栓智能化,對于螺栓來說也是一個挑戰(zhàn)。由于工作人員能夠實時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”的螺栓也該調整崗位了……

小螺栓如此不起眼,又是怎么引起科學家關注的呢?

小螺栓何以引關注?

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

可這樣一來,問題也就來了。人們自然會擔心,用螺栓連接的飛機或汽車性能可靠嗎?這的確是一個關乎人們生命安全的大問題。

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

2007年8月20日,“華航”一架波音737-800型客機在沖繩那霸機場著陸后起火爆炸。調查結果稱,起火系由一顆松動的螺絲刺穿油箱而致,并發(fā)生了強烈爆炸,機身被燒焦斷裂。所幸的是,機上165名乘客和機組人員全部安全撤離。臺灣各大報紙均在頭版報道了“華航”班機爆炸事件，畢竟是人命關天,小小螺栓也不容小覷哦!如果能夠實時監(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”

幾乎每個家庭都備有扳手之類的簡單工具,一旦有螺栓松動了就把它擰一擰。這對于靜止的小型器物來說也沒有什么不妥,可是對于高速轉動或運動的機器來說就未必合適了。

就拿飛機來說吧。像機體和機翼等一些重要的部位,如果螺栓不能承受實際載荷,或者螺栓到了金屬疲勞期……那么就會危及到整個飛機的安全。

怎么,金屬也會疲勞嗎?回答是肯定的。原來,金屬在長時間多次反復受力后也會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象(參見《看似堅硬的金屬為什么也會疲勞呢?》)。

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力作用也有可能發(fā)生斷裂。

金屬疲勞一向被認為是飛機失事的禍首之一。由于金屬疲勞破壞具有時間上的突發(fā)性、位置上的局部性以及對環(huán)境和缺陷的敏感性等特點,因此不易被人們及時發(fā)現(xiàn)。智能螺栓能夠主動感知螺栓內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了解螺栓的使用狀況,因而為螺栓的維護和更換等提供了科學依據(jù),使提前消除事故隱患成為可能。

螺栓無處不在,安全彌足珍貴!讓智能螺栓為安全“把關”,不失為高端制造業(yè)的一個新亮點。據(jù)悉,智能螺栓在民生領域的應用市場十分巨大,僅在電力、船舶、建筑、高鐵等基礎工業(yè)中的市場份額就在25億元左右。