2023年夏天，一家海洋旅遊公司OceanGate的深海潛水器“泰坦号”在前往泰坦尼克号沉船殘骸的途中發生内爆，導緻船上5名乘客全部遇難。雖然可能有很多問題導緻了“泰坦号”深潛器的災難，但它的碳纖維船體引起了特别的關注，尤其是因為它是最早使用這種材料的潛水器之一。
根據美國休斯頓大學的一項最新研究顯示，通過使用計算機模拟來分析具有某些缺陷的薄壁圓柱體的屈曲強度（這種結構幾乎與“泰坦号”相同），發現碳纖維的“微屈曲”可能會導緻船體失去相當大的強度。
“泰坦号”深潛器内爆事件回顧
在本号撰寫的《全面盤點2023年度國内外高性能碳纖維及複合材料領域的八大“重磅”事件》文章中，詳細盤點了2023年全球碳纖維複合材料重磅事件，其中采用了碳纖維複合材料的泰坦号（Titan）”深海潛水器内爆事故位列其中（閱讀【年度聚焦】全面盤點2023年度國内外高性能碳纖維及複合材料領域的八大“重磅”事件）。
6月18日，包括OceanGate創始人兼首席執行官斯托克頓·拉什，77歲的前法國海軍軍官保羅·亨利·納吉萊特，58 歲的英國億萬富翁、冒險家Hamish Hardin（曾于2022年6月4日乘坐傑夫·貝佐斯藍色起源火箭飛往太空），48 歲的巴基斯坦商人Shahzada Dawood（搜尋地外智慧組織董事會成員）和他的兒子蘇萊曼在内的五名乘客搭載一艘深海潛水器觀看曆史悠久的泰坦尼克号沉船事故。
這艘名為“泰坦号”深海潛水器在出發約1小時45分鐘後便失聯，經過幾天的密集搜尋，美國海岸警衛隊在距離泰坦尼克号船頭僅1600英尺的地方發現了失蹤潛艇的碎片，并得出結論認為該船已内爆，船上人員全部遇難。
從泰坦尼克号殘骸附近的海底打撈到的泰坦号潛水器殘骸
随之而來的是一系列猜測，這其中也包括之前對該公司的大量投訴，關于“泰坦号”下降到海平面以下12500英尺（遠遠超過任何潛水員所能達到的1090英尺）時可能出了什麼問題。許多人很快就把矛頭指向了泰坦号的碳纖維船體，這是第一艘使用這種材料的潛水器。
導演兼深海探險家詹姆斯·卡梅倫當時告訴《華爾街日報》：“我從未相信在圓柱形船體上纏繞碳纖維的技術會奏效。我覺得這是個糟糕的主意。”
美國海岸警衛隊從加拿大極地王子号研究船上搜尋潛水器
最新研究進展
現如今，美國休斯頓大學的這項新研究可以準确地解釋為什麼碳纖維會導緻“泰坦号”深潛器發生災難。在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表的一篇新論文中，科學家們分析了薄壁圓柱體，尤其是細長圓柱體是如何屈服于海洋壓力的。
雖然研究人員在論文中沒有直接研究“泰坦号”，但這艘注定要沉沒的潛水器将是論文中探索的此類船隻的一個例子，該論文使用計算機模拟，開發了基于某些缺陷來預測殼體屈曲強度的方程。
論文指出：局部變形和随機形狀的缺陷是薄壁承載結構屈曲型失穩的顯著特征。然而，人們普遍認為，這些缺陷結構對機械載荷的複雜互相作用還沒有得到充分的了解，正如現在仍在繼續的屈曲引發的災難性失效就是明證。
就“泰坦号”潛水器而言，這是一場緩慢發展的悲劇，因為它的碳纖維船體在多次（近十幾次）下降到泰坦尼克号的過程中承受了幾次載荷壓力。碳纖維以重量輕、強度高而著稱，但是，當受到強大的力的作用時，比如泰坦尼克号所在的深海區的壓力，碳纖維會随着時間的推移而變弱，導緻随後的每次下降都比上一次更危險。
休斯頓大學Roberto Ballarini是這項研究的合作者，他在一份新聞聲明中說：“衆所周知，在壓縮載荷下，碳纖維複合材料中的纖維容易發生微屈曲，它們可能會從周圍的基體上剝離。如果“泰坦号”的船體在潛水過程中承受的極端壓縮壓力下造成了這種損傷，那麼它的剛度和強度就會顯著降低，再加上制造過程中不可避免的幾何缺陷，可能導緻了其屈曲引發的内爆。”
雖然“泰坦号”的悲劇很可能是可以避免的，因為根據報告顯示，由于該船的設計缺陷，它采取了節省成本和時間的措施，但它的例子可能會推動未來的潛水器設計，特别是在聯邦調查人員在未來幾個月公布調查結果之後。