في مصنع إلكترونيات متقدمة، تعرض أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ ينقل سبيكة من الغاليوم-إنديوم عند درجة حرارة عالية لانفجار كارثي. أشار التحليل الأولي إلى فشل ناتج عن التآكل بين الحبيبات، وهي ظاهرة يخترق فيها المعدن السائل حدود حبيبات الفولاذ، مما يضعفها هيكليًا. وقد أتاحت إعادة بناء الحادث باستخدام المحاكاة ثلاثية الأبعاد فهم الظروف الدقيقة للضغط ودرجة الحرارة التي أدت إلى الانهيار.
نمذجة الظاهرة باستخدام ANSYS Fluent و nCode 🔧
لإعادة الحادث، تم استخدام ANSYS Fluent لنمذجة ديناميكا الموائع للغاليوم-إنديوم السائل عند 400 درجة مئوية. قام البرنامج بحل معادلات انتقال الحرارة والتوتر السطحي في الواجهة بين المعدن والفولاذ. تم تصدير نتائج الضغط ودرجة الحرارة إلى nCode، حيث تم إجراء تحليل إجهاد متعدد المحاور. تم تحديد أن الدورات الحرارية كانت تولد شقوقًا دقيقة في حدود الحبيبات، والتي كانت تنتشر بعد ذلك بفعل التآكل الناتج عن المعدن السائل. تنبأت المحاكاة بعمر افتراضي يبلغ 18 شهرًا، متوافقًا مع سجل تشغيل الأنبوب المنكوب.
التحقق باستخدام Geomagic Control X ودروس للتصميم 🧠
تم التحقق من صحة النموذج عن طريق مسح بقايا الأنبوب باستخدام Geomagic Control X. بمقارنة سحابة النقاط ثلاثية الأبعاد للمنطقة المكسورة مع محاكاة nCode، تم التأكيد على أن الشقوق اتبعت بالضبط نمط الإجهادات المحسوب. الدرس واضح: سبائك المعدن السائل تتطلب حواجز احتواء من مواد حرارية أو طلاءات سيراميكية. بالنسبة لمصانع الإلكترونيات المتقدمة، يُوصى بتركيب أجهزة استشعار للاهتزاز والتصوير الحراري عبر الإنترنت، لتغذية التوائم الرقمية التي تحدث في الوقت الفعلي نماذج الإجهاد في nCode.
هل من الممكن التنبؤ بدقة بنشوء الشقوق الناتجة عن التقصف بالمعدن السائل في أنبوب من الفولاذ المقاوم للصدأ معرض لسبائك الغاليوم-إنديوم عند درجة حرارة عالية باستخدام محاكاة متعددة الفيزيائيات تدمج الديناميكا الحرارية والميكانيكا التلامسية؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)