圧縮空気エネルギー貯蔵（CAES）用鋼製タンクのフォレンジック分析により、表面に異常な膨らみが発見されました。主な仮説は、急速圧縮段階における過剰な熱負荷サイクルによって誘発された塑性変形を示しています。これを確認するため、Geomagic Control Xによる比較3DスキャンとANSYS Mechanicalによる有限要素シミュレーションを組み合わせたデュアルワークフローを実施し、回復可能な弾性変形と材料の永久損傷を識別します。
フォレンジックワークフロー：点群から疲労モデルへ 🔍
プロセスは、Leica Cycloneスキャナーを使用したタンクの実形状のキャプチャから始まり、高密度点群を生成します。これはGeomagic Control Xにインポートされ、公称CADモデルに対する表面偏差分析が実行されます。壁厚の0.5%を超える偏差がある領域は、塑性変形の候補として特定されます。その後、変形領域のメッシュが抽出され、ANSYS Mechanicalに転送されます。そこで、実際の熱サイクルの境界条件（温度勾配と内圧）が適用され、ASME BPVC疲労基準に基づく鋼材の挙動をシミュレーションします。シミュレーションはフォン・ミーゼス相当応力と累積塑性ひずみを計算し、その結果をスキャンの実測値と比較して仮説を検証します。
熱疲労とアセットの再利用 ⚙️
測定された膨らみとシミュレートされた塑性ひずみ場との相関関係により、急速圧縮サイクル中に鋼材が降伏限界を超えたことが確認されました。この発見は、焼きなまし処理や直接交換なしでのタンクの再利用を排除します。なぜなら、熱疲労により残存寿命が低下しているからです。3DスキャンとFEMシミュレーションの統合は、故障を診断するだけでなく、CAESシステムにおける将来の負荷サイクルに対する予測検査プロトコルを確立します。
3DスキャンとFEMシミュレーションの統合は、鋼製CAESタンクの異常な膨らみを引き起こした塑性変形イベントの正確なシーケンスをどのように明らかにできるのでしょうか？
(追伸：材料疲労は、10時間のシミュレーション後のあなたの疲労と同じです。)