حادث حديث في مصنع لإعادة تدوير بطاريات الليثيوم سلط الضوء على هشاشة المكونات الخزفية تحت الظروف القاسية. انفصلت شفرة قطع مصنوعة من الزركونيوم وتحطمت أثناء العملية، مما تسبب في حريق فوري. السؤال المركزي لمهندسي المواد هو ما إذا كان الكسر ناتجًا عن الإجهاد المتراكم أو عن تأثير جسم غريب معدني مخفي بين الخلايا.
إعادة بناء نمط الكسر باستخدام LS-DYNA و GOM Inspect 🔬
لتوضيح أصل الكسر، استورد فريق البحث هندسة الشفرة من SolidWorks إلى LS-DYNA. تمت محاكاة التأثير الديناميكي ضد جزء معدني افتراضي، بينما قام GOM Inspect برقمنة البقايا الفعلية لمقارنة نمط الشقوق الحقيقي مع النموذج الافتراضي. أظهرت النتائج تطابقًا بنسبة 94% في انتشار الشق، مما يشير إلى أن متانة كسر الزركونيوم تم تجاوزها بواسطة حمل نقطي عالي الطاقة، وهو نموذجي لجسم معدني صلب. هذا يستبعد الإجهاد الدوري كسبب رئيسي ويؤكد وجود ملوث في تدفق إعادة التدوير.
دروس لسلامة العمليات الصناعية ⚙️
الجمع بين المحاكاة الصريحة بالعناصر المحدودة والقياس البصري يثبت أن التحليل الجنائي ثلاثي الأبعاد لا غنى عنه لتحسين السلامة في إعادة تدوير البطاريات. يمكن أن يخفف تطبيق أجهزة كشف المعادن قبل القطع أو التحول إلى شفرات فولاذية مطلية من هذه المخاطر. ومع ذلك، لا يزال التحدي الحقيقي هو التنبؤ بسلوك المواد الخزفية تحت الصدمات غير المتوقعة، وهو مجال لا تزال محاكاة الإجهاد والكسر الديناميكي أمامها الكثير لتقدمه.
ما هي العوامل المحددة في محاكاة العناصر المحدودة (FEM) التي تسمح بالتنبؤ بدقة أكبر ببدء وانتشار الشقوق في الشفرات الخزفية المعرضة لأحمال دورية أثناء إعادة تدوير بطاريات الليثيوم؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)