Die Explosion eines Hochdruckpasteurisierungszylinders (HPP) bei 6.000 bar offenbarte einen Sprödbruch im geschmiedeten Stahl. Der ständige Kontakt mit sauren Fruchtsäften (niedriger pH-Wert) erzeugte Lochfraß, der als Spannungskonzentrator wirkte. Die 3D-Pipeline kombinierte Scans mit RealityCapture, Inspektion in GOM Inspect und Simulation in Ansys, um die Hypothese der Korrosionsermüdung unter extremen zyklischen Lasten zu validieren.
Vernetzung, S-N-Kurven und Lebensdauerkarten in Ansys Mechanical 🔧
Der Zylinder wurde in Ansys Mechanical mit einem verfeinerten Hexaeder-Netz im Rissbereich (Elementgröße 0,5 mm) modelliert. Die zyklische Belastung wurde als variabler Innendruck von 0 bis 600 MPa (6.000 bar) über 10.000 Zyklen aufgebracht. Es wurden modifizierte S-N-Kurven für geschmiedeten Stahl in saurer Umgebung eingeführt, die die Dauerfestigkeit um 30 % gegenüber dem Grundmaterial reduzieren. Die Lebensdauerkarten zeigten eine Schadenskonzentration im korrodierten Bereich mit einer geschätzten Lebensdauer von 8.500 Zyklen vor dem instabilen Bruch. Die Validierung in GOM Inspect bestätigte, dass die Morphologie der Bruchfläche mit dem simulierten Risswachstumsmuster übereinstimmte (Ausgangspunkt Lochfraß und radiale Ausbreitung).
Forensische Lehren für die Konstruktion von HPP-Anlagen 🧠
Dieser Fall zeigt, dass die Ermüdungssimulation in Ansys die korrosive Umgebung nicht ignorieren darf. Die Kombination von GOM Inspect (zur Erfassung der tatsächlichen Rissgeometrie) und Ansys (zur Vorhersage der Rissentwicklung) ermöglicht die Festlegung sichererer Inspektionsschwellenwerte. Für zukünftige Konstruktionen wird empfohlen, Passivierungsbeschichtungen aufzutragen und den maximalen Druckzyklus in Gegenwart von Säuren zu reduzieren oder Stähle mit höherer Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion zu verwenden.
Wie man in Ansys den Übergang von einem Ermüdungsriss zu einem Sprödbruch in geschmiedetem Stahl unter Korrosionsbedingungen bei 6000 bar in einem HPP-Zylinder modelliert
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)