إجهاد وتآكل في أنظمة الضغط العالي الفائق: نمذجة الشقوق في أنسيس تحت ستة آلاف بار

أدى انفجار أسطوانة بسترة بالضغط العالي (HPP) عند 6000 بار إلى كسر هش في الفولاذ المطروق. تسبب الاتصال المستمر بالعصائر الحمضية (درجة حموضة منخفضة) في حدوث نقرات عملت كمُركزات إجهاد. جمع خط الأنابيب ثلاثي الأبعاد بين المسح باستخدام RealityCapture، والفحص في GOM Inspect، والمحاكاة في Ansys للتحقق من فرضية إجهاد التآكل تحت أحمال دورية قصوى.

الشبكات، منحنيات S-N، وخرائط العمر الافتراضي في Ansys Mechanical 🔧

تم نمذجة الأسطوانة في Ansys Mechanical بشبكة سداسية مكررة في منطقة الشق (حجم عنصر 0.5 مم). تم تطبيق الحمل الدوري كضغط داخلي متغير من 0 إلى 600 ميجا باسكال (6000 بار) على 10000 دورة. تم إدخال منحنيات S-N معدلة للفولاذ المطروق في بيئة حمضية، مما قلل حد الإجهاد بنسبة 30% مقارنة بالمادة الأساسية. أظهرت خرائط العمر الافتراضي تركيز الضرر في المنطقة المتآكلة، مع عمر تقديري يبلغ 8500 دورة قبل الكسر غير المستقر. أكد التحقق في GOM Inspect أن مورفولوجيا سطح الكسر تطابق نمط نمو الشق المُحاكى (بداية من النقرة وانتشار شعاعي).

دروس الطب الشرعي لتصميم معدات HPP 🧠

تُظهر هذه الحالة أن محاكاة الإجهاد في Ansys لا يمكنها تجاهل البيئة المسببة للتآكل. يتيح الجمع بين GOM Inspect (لالتقاط الهندسة الفعلية للشق) وAnsys (للتنبؤ بتطوره) وضع عتبات فحص أكثر أمانًا. للتصميمات المستقبلية، يُوصى بتطبيق طلاءات سلبية وتقليل دورة الضغط الأقصى في وجود الأحماض، أو استخدام فولاذ ذي مقاومة أعلى للتآكل النقري.

كيفية نمذجة انتقال شق الإجهاد إلى كسر هش في الفولاذ المطروق تحت ظروف التآكل عند 6000 بار في أسطوانة HPP في Ansys

(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)