影视剧场景:

刺客任务失败,慌慌张张,正在策马逃命。他不时回头观望,追兵就在后方穷追不舍。眼看着距离越来越远,可以逃出生天。突然间,却身首异处,命丧黄泉。故事层层展开,谜底终于揭晓,一根细线拦在前方,正是这根细线割断了刺客的头颅

1、引言

上面那个剧情,我想大家应该都不陌生。一根细线竟然能比任何宝刀名剑还要锋利,一下子就割断头颅。惊讶之余,同学们的第一反应应该是这根细线会不会是特制的金属丝?要说特制那是肯定的,并不是所有细绳都能轻易割断头颅。但要说是金属丝那可不一定,强度稍微好一点的细绳也能满足。剧情源于生活,就在前几天,我就看到一个新闻:风筝线割开了汽车的那层外壳,直接镶在了保险杠里。风筝线跟汽车的那层外壳相比,直觉上显然是汽车外壳更结实,专业点说强度更好。那为什么风筝线能够割开那层外壳呢?

风筝线割破车玻璃(细细软软的风筝线)(1)

锋利的风筝线

2、风筝线的种类

风筝线种类有很多,轮胎线、凯夫拉、大力马等,其中强度最大的是大马力,也就是高强度聚乙烯,强度是30g/d,最小的是轮胎线,也就是尼龙线,强度是10g/d。这里面,单位1D是指将总重量1g的材料做成9000m长的纤维。作为对比,夏天女生穿的超薄丝袜,它的直径差不多是3-12D。所以,轮胎线的10g/d,就是比超薄丝袜还要细的纤维单根能够承受10g的重量。

风筝线割破车玻璃(细细软软的风筝线)(2)

风筝线

一般的普通风筝线,直径差不多是0.4mm,是由三股线绕起来的。仔细看下这个线头,里面少说也得有好几百根特别细的细纤维。这样的话,整根风筝线就可以承受好几公斤的力了,至少有5kg的力,但是没超过10kg。换算成应力,其强度至少是398MPa。同样粗的普通钢丝,都没有它的强度大。

另外,同样的材质,采用不同的编织成型工艺,其强度又会不一样。工艺越复杂,强度相对就会高一点,当然成本也会增加很多。普通风筝线,就是最简单的合股工艺,将三股线揉搓而成。像那种夹芯线,中间一股,四周包裹着编织而成的外圈,这样处理之后强度就会更高一点。

风筝线割破车玻璃(细细软软的风筝线)(3)

夹芯风筝线

其实,力学在这里就体现出它的重要性了。通过力学的分析,就可以找合适的多股编织,实现更大的承载能力。当然,风筝线生产商更多的还是依靠经验,不会真的用力学去分析计算。但是,对于高强度缆索,力学的分析必不可少。从结构形式上看,风筝线与高强度缆索并无差别。我之前在冬奥会期间讲过的,那个像鲍鱼一样的国家速滑馆屋顶缆索,就是类似的工艺。这种高强度缆索,完全是国内自行研发生产,打破了国外的垄断。

3、汽车前脸的强度

接下来,我们再来看下这个汽车外壳的强度。一般的小汽车,车门、车顶、引擎盖是钢板材料,其他很多地方都是塑料制成。甚至连保险杠都是塑料制成。这样的设计,除了追求轻量化之外,也是为了碰撞的时候增加缓冲。那么,很显然,相同条件下,塑料的强度要比金属低很多。玻璃纤维增强的聚丙烯材料,其抗拉强度可达65-90MPa。普通的金属,像Q235,其失效时的强度轻轻松松就是235MPa。

风筝线割破车玻璃(细细软软的风筝线)(4)

汽车的各部位材质不同

4、风筝线为何锋利?

尽管塑料强度偏低,风筝线想要将其割开,也是很难的。之所以能够割开,主要有5个原因:

首先就是强度差。普通的风筝线,强度就至少是398MPa。而这个塑料抗拉强度最大也就90MPa,两者差距太大。

其次,两者的受力形式不一样。虽然,他们之间的接触力是作用力与反作用力,大小相等,方向相反。但是,对于风筝线来说,是整段受力。而对于汽车前脸来说,是局部受力。这局部的力无法扩散出去,就会在受力点附近产生很大的应力。

再次,两者的破坏形式不一样。接触力垂直于整段风筝线,由于线是软的,真正的受力是线的拉伸之力,破坏形式为拉伸破坏。而汽车前脸的那个局部受力,细线型分布的载荷就像剪刀一样,很容易将其剪开,这是剪切破坏。材料的抗剪强度一般都会比抗拉更低些。

再再次,两者的作用过程并不是静止的,风筝线存在着拉扯,拉扯的过程中,摩擦导致磨损,就像线切割一样割开汽车前脸。

最后,即便没有摩擦,如果两者快速接触,汽车前脸因为来不及反应,力无法及时扩散出去,而更容易给割开。这一点对于那些软的物体更明显,比如说人肉。所以才有了剧情中的桥段。不过,现实生活中,以电动车的速度被割到,应该不至于身首异处。

风筝线割破车玻璃(细细软软的风筝线)(5)

锋利的风筝线

5、总结

正是这五个原因,风筝线才会变得如此锋利。

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