أدى عطل صامت في خزان تخزين الطاقة المبردة (LAES) إلى إطلاق تحقيق جنائي ثلاثي الأبعاد. أدى ظهور صدع في الهيكل الرئيسي إلى دفع المهندسين للاشتباه في الدعامات العازلة. كان الهدف هو تحديد ما إذا كانت دورات التبريد اليومية القاسية إلى -196 درجة مئوية وإعادة التسخين اللاحقة تحفز الإجهاد الحراري في مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ، وهي ظاهرة حرجة في أنظمة الطاقة المتجددة. 🔍
النمذجة متعددة الفيزياء: SolidWorks و Abaqus في محاكاة الإجهاد ⚙️
بدأ التحقيق بالرقمنة الدقيقة لهندسة الدعامة والمسامير باستخدام Leica Cyclone، مما أدى إلى توليد سحابة نقاط عالية الدقة. باستخدام هذا النموذج، أجرى SolidWorks تحليلاً للضغوط الحرارية العابرة. تمت محاكاة التدرجات الحرارية الشديدة بين الخزان المبرد (-196 درجة مئوية) والهيكل الخارجي في درجة حرارة الغرفة. حددت النتائج نقاط تركيز الإجهاد في جذر سن اللولب للمسامير. بعد ذلك، نفذ Abaqus محاكاة للإجهاد منخفض الدورة، مطبقاً تاريخ الحمل الحراري الدوري (التبريد-إعادة التسخين) عبر آلاف العمليات. ربط البرنامج التشوه اللدن المتراكم بنشوء الشقوق الدقيقة، مؤكداً أن التمدد والانكماش التفاضلي للفولاذ المقاوم للصدأ، المقيد بواسطة العازل، كان السبب الجذري للعطل.
دروس لتصميم أنظمة التبريد ❄️
تثبت هذه الحالة أن الإجهاد الحراري هو قاتل صامت في بنى LAES التحتية. لم يحدد التحقيق ثلاثي الأبعاد الصدع فحسب، بل أكد الحاجة إلى تصميم دعامات بمرونة أكبر أو مواد ذات معاملات تمدد أكثر توافقاً. تترسخ المحاكاة المتكاملة (SolidWorks للإجهاد الحراري و Abaqus للإجهاد الدوري) كمنهجية قياسية للتنبؤ بالعمر الافتراضي للمكونات المبردة، مما يتجنب الأعطال الكارثية في تخزين الطاقة في المستقبل.
ما هي تقنيات المحاكاة بالعناصر المحدودة التي تسمح بالتنبؤ بدقة أكبر بنشوء وانتشار الشقوق الناتجة عن الإجهاد الحراري في الوصلات الملحومة لخزانات LAES المعرضة لدورات التبريد الشديدة؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)