انهار بالون أرصاد جوية مصنوع من البولي إيثيلين أثناء الصعود، وذلك على ارتفاع أقل بكثير من الارتفاع المستهدف. استعاد فريق الهندسة شظايا البوليمر للتحقيق في السبب الجذري. تشير الفرضية الأولية إلى وجود عيب مجهري في قالب النفخ والذي، عند تمدد المادة بسبب انخفاض الضغط الجوي، كان بمثابة مركز للضغوط وبادئ للشق الكارثي.
سير العمل: المسح، النمذجة، والمحاكاة باستخدام العناصر المحدودة (FEM) 🛠️
بدأت العملية بمسح ثلاثي الأبعاد لحواف الكسر باستخدام برنامج GOM Inspect لالتقاط طبوغرافيا السطح. تم تحديد تجويف بحجم 50 ميكرومتر في منطقة بداية الكسر. تم استيراد هذه الهندسة إلى برنامج Siemens NX لنمذجة جزء من غشاء البالون، بما في ذلك العيب على شكل شق إهليلجي. تم تصدير الشبكة إلى برنامج Abaqus، حيث تم تطبيق تحليل غشاء مع فرق ضغط متناقص يحاكي الارتفاع. أظهرت النتائج أن عامل شدة الإجهاد تجاوز متانة الكسر للبوليمر تمامًا عند نقطة الانهيار التي سجلتها أجهزة استشعار الطيران.
دروس مستفادة لمحاكاة الإجهاد في البوليمرات 📘
تؤكد هذه الحالة أن العيوب المجهرية في التصنيع تعتبر حرجة في المكونات المعرضة لتشوهات كبيرة وضغوط تفاضلية. يسمح الارتباط بين المسح ثلاثي الأبعاد عالي الدقة وتحليل العناصر المحدودة بالتحقق من صحة نماذج ميكانيكا الكسر الخطية المرنة في المواد اللزجة المرنة. بالنسبة للتصميمات المستقبلية، يُوصى بفحص القوالب باستخدام التصوير المقطعي الصناعي وضبط معايير النفخ لإزالة التجاويف التي يقل حجمها عن 10 ميكرومتر.
ما هي معلمات محاكاة العناصر المحدودة (FEM) أو قوانين نمو الشقوق (مثل Paris أو NASGRO) الأكثر أهمية لنمذجة انتشار شق مجهري بدقة في فيلم بولي إيثيلين منخفض الكثافة تحت ظروف الضغط التفاضلي والأحمال الديناميكية أثناء صعود بالون ستراتوسفيري؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)