泰坦尼克号沉没原因分析报告

泰坦尼克号沉没原因分析报告一、沉船事故描述1912年4月10日，泰坦尼克号从英国南安普敦出发，途径法国瑟堡-奥克特维尔以及爱尔兰昆士敦，计划中的目的地为美国的纽约，开始了这艘“梦幻客轮”的处女航。4月14日晚11点40分，泰坦尼克号在北大西洋撞上冰山，两小时四十分钟后，4月15日凌晨2点20分沉没，由于只有16艘救生艇，1503人葬生海底，造成了当时在和平时期最严重的一次航海事故，也是迄今为止最广为人知的一次海难。二、主要原因1、制造方的失误船体本身钢板材料缺陷，当时使用的钢材用现代眼光看是不合格的，遇到较冷气温容易软化。钢板结合使用的铆钉，部分使用铆钉机，而船体下方机器不易接合的地方，使用了人工铆接，考虑到人的力量较小，采用特殊的锻造铆钉，该钉子参入了一些矿渣，使得强度大幅下降。2、船长的失误船行驶在北大西洋上，之前一直有通报提醒前方有冰山。船驶入冰山区，船长命令船只全速航行（21.5节）。3、其他原因①慌乱中放下的救生艇里并未满载，同时救生艇数量不足。②近在眼前的加州人号电报员正在睡觉，无法收到求救信号。③船上发出求救火箭，但加州人号没有回应，反而驶离在夜色中。④较下层船舱的乘客无法走出迷宫般的通道。⑤4小时候救援船只才赶到。三、从钢结构角度出发分析从泰坦尼克号的钢板试样，对比了化学成分，见下表：泰坦尼克号的硫含量和现代钢板相比太高了，那个时代硫含量的控制主要是依赖低硫铁矿石，上个世纪早期英国冶炼使用的铁矿来源于瑞典，这是因为瑞典铁矿的硫含量较低。然而瑞典的铁矿由于高达15％的氧化钛夹杂物，在高炉冶炼时将其去除是极为困难的，高炉冶炼的温度不足以去除这类夹杂物，所以造成其后的冶炼和轧制的中板带有较高的含钛非金属夹杂物。Harbord在1905写了一本书，名字是《钢的冶炼》，称瑞典的铁矿为“含钛铁矿”，从而反证了泰坦尼克号沉没的原因之一是由于钢中含有玻璃相的杂质，造成了性能下降。泰坦尼克号当时使用钢板与现在的钢板对比见下表：屈服极限抗张极限延伸率面积缩减率泰坦尼克号193Mpa417Mpa29.0％57.1％现代1999年338Mpa441Mpa27.0％66.0％文献表明了当时设计者Harland和Wolff要求钢的强度为234-310Mpa，但是钢板的屈服强度只有193Mpa，低于设计要求数值。CMnPSSiCuNiCr泰坦尼克号0.210.470.0450.0690.0170.02现代钢板19990.090.510.0130.0130.2800.280.180.19抗张极限与现代差不多，尽管现代钢板碳含量偏低，但是硅含量和其他的元素含量高于泰坦尼克号，所以屈服极限大大增加。另一个重要的参数是冲击韧性。夏比试验测量不同温度下试验冲击后吸收的能量，钢的缺口敏感性和在瞬时承受冲击能力与温度之间的关系在那个时代设计者是不知道这个概念的。夏比试验是GrorgesCharpy进行了冲击试验，在1910-1911年是不可能接受这个思想的，就是在泰坦尼克号沉没20多年后的1933年在ASTM标准中才给出。图12表明了泰坦尼克号的钢板试样在-2℃条件下纵向和横向低冲只有4焦耳。相同温度下现代的钢板冲击功能够达到纵向325焦耳和横向100焦耳。这非常明显看出来泰坦尼克号是不能在低温下承受这个冲击的。泰坦尼克号撞击开裂另外一个因素是铆钉本身。3/4的铆钉使用高强度钢质材料，船首和船尾采用了可锻铸铁材料的铆钉，可锻铸铁碳含量相对较低，含有较多的线状夹渣，这种材料加热后具有一定的展性，铆钉加工成型较易。调查了约40个可锻铸铁铆钉，发现许多铆钉夹渣过多，恶化了铆钉的性能。可锻铸铁铆钉使用的数量相对于整个船体来说是不大的。在第5和第6锅炉房第2和第3货舱使用的钢铆钉。铆钉不是造成船体6个密封舱钢板开裂的主要原因，因为船头已经扎入海泥15m，没有发现像使用同样钢板材料的RMSOlympic和HMSHawke号撞击可见的开裂现象。从冶金学的调查上看，是铆钉材质问题和钢板的脆性结合在一起，造成了钢板如此容易开裂。四、尾声人类航行是否还会发生这样的事故，答案是肯定的，还会发生。2012年1月13日，载有4234旅客和船员的11.2万吨意大利游船CastaConcordia号由FrancescoSchettino驾驶，在意大利Giglio岛附近，船长驾驶偏离了正常的航线，撞上了岛屿的礁石，图18和19看出来巨大的礁石都嵌镶进入了船体。船体采用了焊接技术，使用的钢板具有良好的韧性（没有脆性现象发生），没有看到由于韧性不足造成的裂纹。几十个生命丧失，大量人员受伤。该船装备有最新的航行技术，船体设计现代，焊接完善，但是然而不能避免人为失误造成的损伤。建筑与土木工程学院土木1003班吴少伟二〇一三年三月三日