時速50kmで水面を駆け抜けていた競技用e-foilが、数秒で粉々に崩壊し、ライダーを水面に投げ出した。原因は一見して不明だった。3Dフォレンジック鑑定の結果、この破局の根本原因はキャビテーションにあると特定された。局所的な低圧によりカーボンウィング表面で水が沸騰し、気泡が発生。この気泡が激しく崩壊（インピュージョン）することで繊維が侵食され、壊滅的な揚力喪失に至った。本稿では、CFDシミュレーションから産業用断層撮影に至るまで、故障の技術的プロセスを詳細に解説する。
フォレンジック分析：SolidWorksによるCFDとVolume Graphicsによる断層撮影 🛠️
鑑定の第一段階は、SolidWorks Flow Simulationを用いてハイドロフォイルの飛行状態を再現することだった。CFDモデルにより、翼の前縁、つまり翼型が最大揚力を発生する部分に負圧領域が存在することが明らかになった。これらの領域では圧力が水の蒸気圧を下回り、キャビテーション現象が発生する。気泡は高周波で崩壊し、カーボン表面に衝突する微細なウォータージェットを発生させる。内部損傷を検証するため、産業用コンピュータ断層撮影（CT）を用いたVolume Graphicsで翼を3Dスキャンした。断面画像からは、表面から積層内部へと進展する樹枝状の微細亀裂が確認され、これが樹脂マトリックスを弱め、繊維を剥離させていた。このパターンは、長時間キャビテーションにさらされた水力タービンブレードや船舶用プロペラで観察されるものと同一であり、本故障が単発的な製造不良ではなく、高速によって加速された疲労プロセスであることが確認された。
摩耗の可視化：破壊から崩壊までをBlenderで再現 🎬
進行性の摩耗の再構築はBlenderで行われ、CFDの圧力マップと断層撮影による亀裂のボリュームデータがインポートされた。アニメーションは、数百回の崩壊サイクルを経て、微細亀裂が結合し、翼の前縁から中央支持部へと走る主要な亀裂へと成長する様子を示している。臨界点に達すると、揚力面積の喪失によりねじりモーメントが発生し、カーボンは複数の破片に粉砕される。この可視化は鑑定報告書に役立つだけでなく、エンジニアが圧力低下を防ぐ曲率を持つ翼型を再設計し、エラストマーコーティングで表面を強化することを可能にする。教訓は明らかだ。キャビテーションは単なる騒音ではなく、カーボン繊維を粉塵に変える静かな殺し屋なのである。
時速50kmでのキャビテーション誘起疲労を予測し、壊滅的な故障を防ぐために、カーボンハイドロフォイルの設計において優先すべき有限要素シミュレーションパラメータは何だったのだろうか？
(追記：材料疲労とは、10時間シミュレーションを終えた後のあなたの疲労のようなものです。)