कक्षीय हैच में तापीय थकान से सील विफलता का त्रिआयामी विश्लेषण

कक्षीय पर्यटन मॉड्यूल की डॉकिंग युक्ति के दौरान एक गंभीर दबाव रिसाव ने कई नागरिकों के जीवन को जोखिम में डाल दिया। यह घटना, हैच के सिलिकॉन सील में लोचदार विरूपण के कारण हुई, जो सूर्य के प्रकाश वाले भाग (120 डिग्री सेल्सियस) और गहरी छाया वाले क्षेत्र (-150 डिग्री सेल्सियस) के बीच अत्यधिक तापीय प्रवणता के कारण उत्पन्न हुई। यह लेख कंप्यूटर-सहायता प्राप्त इंजीनियरिंग उपकरणों और ऑप्टिकल मेट्रोलॉजी का उपयोग करके विफलता को मॉडल करने, अनुकरण करने और मान्य करने के लिए उपयोग किए जाने वाले तकनीकी कार्यप्रवाह का विवरण देता है।

Catia में मॉडलिंग और Star-CCM+ में बहुभौतिक अनुकरण 🛰️

पहला कदम Catia V5 में सिलिकॉन ओ-रिंग और उसके आवास का पुनर्निर्माण करना था, जिसमें अरैखिक संपर्क के साथ एक परिमित तत्व जाल परिभाषित किया गया था। इसके बाद, विकिरण और चालन द्वारा ऊष्मा स्थानांतरण के अनुकरण को संरचनात्मक विश्लेषण के साथ जोड़ने के लिए मॉडल को Siemens Star-CCM+ में निर्यात किया गया था। बाहरी सतहों पर सतह के तापमान की सीमा शर्तें लागू की गईं, जिसमें सील के सिरों के बीच 270 केल्विन का तापीय अंतर दर्ज किया गया। परिणामों से पता चला कि अंतर विस्तार ने जोड़ के अनुप्रस्थ काट में 0.8 मिलीमीटर का लोचदार विरूपण उत्पन्न किया, जो एक रिसाव माइक्रोचैनल बनाने के लिए पर्याप्त था। तनाव-विकृति ग्राफ से पता चला कि सामग्री अपने यंग मापांक की ऊपरी सीमा पर काम कर रही थी, बिना प्लास्टिक प्रवाह तक पहुंचे, लेकिन वायुरोधी संपर्क खो दिया था।

मेट्रोलॉजिकल सत्यापन और कक्षीय डिजाइन के लिए सबक 🔬

मॉडल को मान्य करने के लिए, प्रयोगशाला में त्वरित तापीय चक्र के अधीन एक सील को GOM Control X ब्लू लाइट स्कैनर का उपयोग करके स्कैन किया गया था। प्राप्त बिंदु बादल की तुलना Star-CCM+ द्वारा अनुमानित विकृत ज्यामिति से की गई, जिसमें केवल 12 माइक्रोन का औसत विचलन प्राप्त हुआ। इस समायोजन ने पुष्टि की कि चक्रीय तापीय थकान विफलता का मुख्य तंत्र है। डिजाइन सिफारिश के रूप में, जोड़ के आवास में एक बहुपरत इन्सुलेटर शामिल करने और सिरेमिक भराव के साथ एक सिलिकॉन यौगिक में बदलने का सुझाव दिया गया है जो तापीय विस्तार गुणांक को कम करता है, भविष्य के मानवयुक्त मिशनों में वायुरोधीता सुनिश्चित करता है।

क्या युग्मित थर्मो-मैकेनिकल थकान के साथ परिमित तत्व विश्लेषण के माध्यम से कक्षीय तापीय चक्रों के अधीन एक इलास्टोमेर सील में प्रारंभिक दरार के सटीक स्थान की भविष्यवाणी करना संभव है, या संपर्क की ज्यामितीय जटिलता पूर्व भौतिक परीक्षणों के बिना सटीक अनुकरण को रोकती है?

(पी.एस.: सामग्री की थकान आपकी तरह ही है, 10 घंटे के अनुकरण के बाद।)