وقع حادث في خط إنتاج سجاد عالي السرعة أدى إلى تفعيل أجهزة إنذار السلامة الصناعية. انكسرت إبرة من الفولاذ المقسى بشكل كارثي، مما أدى إلى تطاير شظية نحو أحد العمال. لتحديد السبب الجذري، تم تطبيق سير عمل للطب الشرعي جمع بين المجهر الإلكتروني ثلاثي الأبعاد والمحاكاة بطريقة العناصر المحدودة، بهدف إعادة مسار الشظية والتحقق مما إذا كانت الاهتزازات التوافقية للنول قد تجاوزت حد متانة المادة.
إعادة بناء الكسر باستخدام ZEISS ZEN والتحقق في ANSYS 🔧
بدأ التحليل بالتقاط سطح الكسر باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عبر برنامج ZEISS ZEN في وحدته ثلاثية الأبعاد. أنتجت هذه العملية نموذجًا طبوغرافيًا عالي الدقة كشف عن خطوط إجهاد وعلامات انفلاق، مما يشير إلى فشل تدريجي. استُخدم هذا النموذج الرقمي كهندسة إدخال لبرنامج ANSYS Mechanical. هناك، تم تطبيق الأحمال الديناميكية المسجلة بواسطة أجهزة استشعار النول، مع نمذجة تردد الرنين للنظام. حسبت المحاكاة بطريقة العناصر المحدودة توزيع الإجهادات في الإبرة، مؤكدة أن سعة الاهتزاز التوافقي ولدت ذروة إجهاد دوري تجاوزت متانة كسر الفولاذ، مما أدى إلى بدء الشق عند نقطة أعلى تركيز للجهود.
دروس من مسار الشظية وتصور الفشل 🎯
لم تحدد إعادة البناء ثلاثية الأبعاد السبب فحسب، بل سمحت أيضًا بتصور المسار الباليستي للشظية. باستخدام Maya، تم تحريك تسلسل الكسر، من انتشار الشق إلى انفصال قطعة المعدن. كان هذا التصور أساسيًا للتحقق من نتائج ANSYS ولإيصال الخطر إلى مهندسي التصميم. تثبت الحالة أن الجمع بين المجهر ثلاثي الأبعاد عالي الدقة ومحاكاة الإجهاد لا غنى عنه لمنع الأعطال الكارثية في آلات النسيج عالية السرعة.
هل من الممكن التنبؤ بعمر إبرة النول المعرضة للاهتزاز التوافقي باستخدام المحاكاة ثلاثية الأبعاد بطريقة العناصر المحدودة، مع الأخذ في الاعتبار تاريخ الحمل المتغير والخصائص غير الخطية للمادة تحت الإجهاد؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)