Der Einsturz eines feuerfesten Gewölbes in einem Glasschmelzofen bei 1500°C ist kein Zufallsunfall, sondern das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels von chemischer Degradation und thermischer Ermüdung. Mittels einer 3D-Analyse mit ANSYS Thermal wurde die Entwicklung der Spannungen in den Silikatsteinen modelliert, wobei sich zeigte, wie die Korrosion durch die alkalischen Dämpfe des geschmolzenen Glases den effektiven Querschnitt des Materials reduzierte und das strukturelle Versagen unter Heiz- und Kühlzyklen beschleunigte.
3D-Modellierung von Korrosion und Ermüdung mit ANSYS Thermal 🔥
Die Studie stützte sich auf einen digitalen Zwilling des Ofens, erstellt in Revit (BIM), in den die mit GOM Inspect gewonnenen Metrologiedaten integriert wurden, um die tatsächliche verformte Geometrie der Kuppel zu erfassen. In ANSYS Thermal wurden Randbedingungen angelegt, die 500 Betriebszyklen simulierten, wobei ein chemisches Diffusionsmodell für den Abbau des Silikats mit einer thermomechanischen Ermüdungsanalyse kombiniert wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass sich die kritische Zone im Scheitelpunkt des Gewölbes befand, wo der Dickenverlust durch Korrosion 20% überstieg, was während eines schnellen Abkühlzyklus Zugspannungen erzeugte, die die Bruchgrenze des feuerfesten Materials überschritten.
Lehren für die Planung der vorausschauenden Wartung 🛠️
Die 3D-Analyse zeigte, dass das Versagen nicht auf einen punktuellen Fehler in der Wartungsplanung zurückzuführen war, sondern auf das Fehlen eines Vorhersagemodells, das die chemische Korrosionsrate mit der thermischen Ermüdung integriert. Die Simulation ergab, dass die standardmäßigen Wartungszyklen die nichtlineare Beschleunigung der Degradation ignorierten, sobald eine Schadensschwelle überschritten war. Die Integration dieser Modelle in einen digitalen BIM-Zwilling würde es ermöglichen, die Inspektionsintervalle dynamisch anzupassen und Einstürze zu vermeiden, indem die verbleibende Nutzungsdauer des Gewölbes auf der Grundlage von Echtzeit-3D-Metrologiedaten präzise vorhergesagt wird.
Wie die durch die alkalischen Dämpfe des geschmolzenen Glases verursachte chemische Korrosion die Beschleunigung der thermischen Ermüdung der feuerfesten Steine eines Ofengewölbes beeinflusst
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)