Während eines aerodynamischen Tests bei 250 km/h lösten sich die schalltoten Keile eines Windkanals und prallten gegen den Prototypen. Der Vorfall war kein einfacher Montagefehler; die Analyse ergab, dass die Turbulenz des Luftstroms einen zyklischen Sogdruck auf die Verkleidung erzeugte. Dieses Phänomen, mittels CFD in Star-CCM+ modelliert, verursachte Mikroverformungen im Klebstoff, die sich nach Akkumulation die Ermüdungsgrenze des Materials überschritten und zum Ablösen führten.
Simulation von Lastzyklen mittels Star-CCM+ und 3D-Rekonstruktion 🔬
Das Team nutzte Star-CCM+, um die Domäne des Kanals zu diskretisieren und die Druckschwankungen auf jedem Keil zu berechnen. Die Ergebnisse des Sogdrucks wurden in ein zyklisches Lastsignal auf den Klebstoff übersetzt. Zur Validierung der Versagensgeometrie wurde RealityCapture für die Fotogrammetrie des beschädigten Bereichs und Revit zur Integration des BIM-Modells des Kanals eingesetzt. Dies ermöglichte die Korrelation der Bereiche mit dem stärksten Ablösen mit den Spitzen des dynamischen Drucks, wodurch eine Lebensdauerkarte des Klebstoffs erstellt wurde. Die Verformungsanimationen zeigten, wie die Schwingungsamplitude der Verkleidung mit jedem Turbulenzzyklus progressiv zunahm, bis die Verformungsenergie die Zähigkeit des Industrieklebstoffs überstieg.
Lehren für die Gestaltung von Klebeverbindungen in extremen Umgebungen ⚙️
Dieser Fall zeigt, dass die durch turbulente Strömung induzierte mechanische Ermüdung nicht allein mit statischen Tests vorhergesagt werden kann. Die Kombination von CFD und 3D-Modellierung ermöglicht es Ingenieuren, Versagen in Klebeverbindungen vorherzusehen, bevor es in realen Tests auftritt. Wenn du das nächste Mal in einem Testvideo eine abgelöste Verkleidung siehst, denke daran, dass dahinter ein versteckter Lastzyklus steckt, den die Simulationssoftware bereits hätte erkennen sollen.
Welche Finite-Elemente-Simulationsmethodik empfehlen Sie zur Modellierung der Rissausbreitung durch Ermüdung in Strukturklebstoffen unter fluktuierenden aerodynamischen Lasten, wie sie in Hochgeschwindigkeits-Windkanälen erzeugt werden?
(PS: Materialermüdung ist wie deine eigene nach 10 Stunden Simulation.)