Forensische Analyse von Ermüdungsbrüchen mit 3D-Modellen
Wenn ein mechanisches Bauteil, wie der Arm einer Jahrmarktsattraktion, versagt, greifen die forensischen Ingenieure ein, um herauszufinden, warum. Die Ursache ist meist Metallermüdung, ein Phänomen, bei dem Risse sich progressiv unter wiederholten Belastungen ausbreiten. Um gründlich zu untersuchen, wird die gebrochene Oberfläche mit einem präzisen industriellen 3D-Scanner digitalisiert. 🛠️
Den Bruch digitalisieren, um seine Geschichte zu verstehen
Geräte wie der GOM ATOS Q erfassen die vollständige Topografie des Bruchs. Dieser Prozess registriert bis hin zu mikroskopischen Details, einschließlich der Strandanzeichen und der Streifen, die der Riss beim Voranschreiten hinterlassen hat. Diese Daten bilden eine Punktwolke, die die Basis für die weitere Analyse ist.
Das 3D-Scan verarbeiten:- Spezialisierte Software wie GOM Inspect verarbeitet die Millionen von erfassten Punkten.
- Die Experten untersuchen das 3D-Modell, um die Strandanzeichen zu lokalisieren, die Ringe sind, welche Perioden anzeigen, in denen der Riss nicht gewachsen ist.
- Das Messen des Abstands zwischen diesen Markierungen ermöglicht die Berechnung der Geschwindigkeit, mit der sich die Riss in jeder Phase ausbreitete.
Diese topografische Analyse rekonstruiert die Chronologie des Schadens und schätzt, wie viele Belastungszyklen das Bauteil aushielt, bevor es brach.
Reale Daten in virtuelle Simulationen integrieren
Die aus dem 3D-Modell extrahierten Informationen bleiben nicht dabei stehen. Sie werden in Finite-Elemente-Software wie Ansys oder Abaqus eingegeben, um die Spannungen zu simulieren, denen das Bauteil während seines normalen Einsatzes ausgesetzt war. Diese Korrelation zwischen der physischen und der digitalen Welt ist entscheidend.
Ziele der korrelierten Simulation:- Überprüfen, ob die berechneten Spannungsniveaus mit der beobachteten Ausbreitungsgeschwindigkeit des Risses übereinstimmen.
- Feststellen, ob die Rissgröße ausreichte, um bei einer Wartungsinspektion vor dem Unfall entdeckt zu werden.
- Die technischen Ursachen des Versagens objektiv festlegen.
Von der Untersuchung zur Prävention
Dieser technische Prozess ist grundlegend für zwei Aspekte: Verantwortlichkeiten in einem Vorfall festzulegen und, am wichtigsten, Sicherheitsprotokolle zu verbessern. Die Erkenntnisse ermöglichen es, die Inspektionskriterien und Wartungsintervalle für kritische Bauteile zu überprüfen und zu verschärfen. Das endgültige Ziel ist zu verhindern, dass ein still fortschreitender Ermüdungsbruch in einen unerwarteten Zusammenbruch mündet. 🔍