فشلت خوذة سباق فورمولا 1 بشكل كارثي بعد اصطدام حطام بسرعة عالية. استبعد التحقيق الأولي وجود عيب في التصميم وأشار إلى عيب داخلي: فقاعات هواء مجهرية محصورة في صفائح ألياف الكربون. هذه التجاويف، غير المرئية بالعين المجردة، توسعت أثناء المعالجة في الأوتوكلاف، مما أدى إلى توليد مناطق ضعف هيكلي انهارت تحت ضغط الصدمة.
تحليل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ومحاكاة الصدمات باستخدام LS-DYNA 🛡️
لتحديد مصدر الفشل، لجأ المهندسون إلى تحليل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق، الذي كشف عن شبكة من الفقاعات المجهرية مصطفة في الطبقة الوسطى من الصفائح. تشكلت هذه الفقاعات بسبب استخراج فراغ غير كافٍ أثناء عملية المعالجة في الأوتوكلاف. باستخدام بيانات المسح، تم استيراد الهندسة الفعلية للعيب إلى SolidWorks لنمذجة القطعة. بعد ذلك، تم إجراء محاكاة صدمات في Ansys LS-DYNA، حيث تم إعادة إنشاء سرعة وكتلة الحطام. أظهر الحلال أن الفقاعات المجهرية عملت كمكثفات إجهاد، مما أدى إلى بدء كسر هش انتشر بسرعة. أخيراً، تم استخدام GOM Inspect لمقارنة التشوه المحاكى مع تشوه الخوذة الفعلية، مما أدى إلى التحقق من صحة النموذج التنبؤي.
دروس للسلامة في رياضة المحركات 🏎️
توضح هذه الحالة أن إجهاد المواد في المركبات لا يعتمد فقط على الحمل الدوري، بل على عيوب التصنيع غير المحسوسة. يسمح الجمع بين التصوير المقطعي المحوسب الدقيق و LS-DYNA للفرق بالتنبؤ بنقاط الفشل قبل حدوثها. بالنسبة للصناعة، الدرس واضح: يجب أن تكون مراقبة الجودة في الأوتوكلاف صارمة، ومحاكاة الصدمات معياراً غير قابل للتفاوض. تعتمد سلامة السائق على أن تكون كل ألياف كربون خالية من الفقاعات.
كمهندس، سؤالي هو: كيف يتم دمج محاكاة الإجهاد الناتج عن الفقاعات المجهرية في البروتوكولات الحالية لاعتماد خوذات الفورمولا 1 للتنبؤ بالفشل الخفي تحت الصدمات الديناميكية؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)