माइक्रो टर्बाइन के सिरेमिक शाफ्ट में थकान दरार: त्रिआयामी विश्लेषण

एक घरेलू सह-उत्पादन माइक्रो-टर्बाइन 100,000 RPM पर संचालित होने के बाद एक तहखाने में फट गया। फोरेंसिक विश्लेषण से पता चला कि सिलिकॉन नाइट्राइड शाफ्ट चक्रीय थकान के कारण टूट गया था। ZEISS ZEN के साथ 3D इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के माध्यम से, सूक्ष्म धातु समावेशन की पहचान की गई जो तनाव सांद्रक के रूप में कार्य करते थे, जिससे दरार शुरू हुई। यह मामला दर्शाता है कि कैसे Abaqus में परिमित तत्व सिमुलेशन और KeyShot में विज़ुअलाइज़ेशन तकनीकी सिरेमिक में विनाशकारी विफलताओं को समझने में मदद करता है। 🔬

तनाव सांद्रक का सूक्ष्म विश्लेषण और परिमित तत्व सिमुलेशन ⚙️

ZEISS ZEN के साथ वॉल्यूमेट्रिक स्कैनिंग ने सिलिकॉन नाइट्राइड मैट्रिक्स में एम्बेडेड 10 माइक्रोन से कम के लोहे के कणों का खुलासा किया। सिंटरिंग के दौरान संदूषण से उत्पन्न ये समावेशन, स्थानीय कठोरता में एक ढाल उत्पन्न करते हैं। Abaqus में, हमने 100,000 RPM पर घूर्णन की सीमा स्थितियों के साथ शाफ्ट का मॉडल तैयार किया और एक साइनसॉइडल लोड चक्र लागू किया। वॉन मिज़ तनाव मानचित्र ने समावेशन-मैट्रिक्स इंटरफ़ेस पर 4 से अधिक का तनाव एकाग्रता कारक दिखाया, जो सामग्री की थकान सीमा से अधिक है। सिमुलेशन ने पुष्टि की कि दरार पूर्ण फ्रैक्चर तक मोड I में फैल गई।

उच्च गति पर सिरेमिक घटकों के डिजाइन के लिए सबक 🛠️

विस्फोट कोई यादृच्छिक दुर्घटना नहीं था, बल्कि सामग्री की थकान का एक अनुमानित परिणाम था। तकनीकी सिरेमिक भंगुर और आंतरिक दोषों के प्रति संवेदनशील होता है। विफलताओं से बचने के लिए, गुणवत्ता नियंत्रण में धातु समावेशन का पता लगाने के लिए 3D टोमोग्राफी शामिल होनी चाहिए। इसके अलावा, डिजाइन में वक्रता त्रिज्या और पॉलिश सतहों के माध्यम से महत्वपूर्ण क्षेत्रों में तनाव में कमी पर विचार करना चाहिए। KeyShot ने गैर-विशेषज्ञ इंजीनियरों को विफलता बताने के लिए तनाव मानचित्र के रेंडर उत्पन्न करने की अनुमति दी, जिससे सिमुलेशन और तकनीकी प्रसार के बीच चक्र बंद हो गया।

3D मॉडल में थर्मोमैकेनिकल तनावों और पूर्व-मौजूदा माइक्रोक्रैक को ध्यान में रखते हुए, माइक्रो-टर्बाइन के सिरेमिक शाफ्ट में थकान फ्रैक्चर को ट्रिगर करने वाला महत्वपूर्ण कारक क्या है?

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