في الشهر الماضي، انهارت واجهة من الزجاج المنفوخ في متحف بشكل مفاجئ دون تأثير ظاهر. تم تصنيف هذا العطل على أنه كسر هش ناتج عن الصدمة الحرارية، وقد حدث بعد تغير مفاجئ في درجة الحرارة. استخدم فريق هندسي المسح ثلاثي الأبعاد والمحاكاة بطريقة العناصر المحدودة لإعادة بناء الحادثة، وتحديد أن التدرج الحراري الشديد أدى إلى توليد إجهادات داخلية تفاضلية تجاوزت حد مقاومة المادة.
نمذجة التدرج الحراري ومحاكاة الإجهادات في Ansys 🔥
بدأت عملية إعادة البناء في Geomagic Design X، حيث تم رقمنة هندسة الشظايا لإنشاء نموذج صلب دون تشوهات. تم استيراد هذا النموذج إلى Ansys لتطبيق شروط حدودية حرارية: وجه معرض لـ 65 درجة مئوية بسبب الإشعاع الشمسي، والوجه المقابل له عند 10 درجات مئوية بسبب الظل الداخلي. كشفت المحاكاة الثابتة عن تدرج حراري قدره 55 درجة مئوية في سمك لا يتجاوز 12 مليمترًا. بلغ إجهاد فون ميزيس الناتج 48 ميجا باسكال، متجاوزًا حد كسر الزجاج المنفوخ (35 ميجا باسكال). تم تحديد المنطقة الحرجة عند حافة اللوحة، حيث أدى التمدد التفاضلي إلى توليد شقوق دقيقة تسببت في انتشار العطل الكارثي.
الإجهاد اللحظي ودروس لتصميم الواجهات ⚡
على الرغم من أن الزجاج لم يتعرض لدورات تحميل متكررة، إلا أن الحادثة توضح حالة من الإجهاد الساكن الناتج عن الإجهاد الحراري: تراكم الإجهاد بشكل فوري حتى حدوث الكسر. أظهرت الرسوم المتحركة في 3ds Max كيف نشأ الشق عند الحافة وتفرع في غضون ثوانٍ. للمشاريع المستقبلية، يُوصى باستخدام الزجاج الرقائقي بمعامل تمدد مضبوط وتجنب المثبتات الصلبة التي تمنع التمدد الطبيعي. تتيح المحاكاة الجنائية ثلاثية الأبعاد فهم هذه الأعطال والوقاية منها في بيئات ذات متطلبات حرارية عالية.
كمهندس جنائي، ما هي الطريقة الأكثر دقة للتمييز، من خلال المحاكاة ثلاثية الأبعاد بطريقة العناصر المحدودة، بين الكسر الناتج عن الصدمة الحرارية والكسر الناتج عن الإجهاد الميكانيكي السابق في زجاج منفوخ دون تاريخ من الصدمات؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)