3Dコンクリートプリントで建設された住宅が構造の一部崩壊を起こし、層間の移行領域に重大な欠陥があることが明らかになりました。この事故を受けて、高精度レーザースキャンと数値シミュレーションを組み合わせた技術調査が開始されました。主な目的は、プリントパス間の硬化時間が過剰であり、材料のストランド間の化学的および機械的結合が適切に行われなかったかどうかを判断することでした。この記事では、分析とモデリングのプロセスを詳しく説明します。
GOM InspectとCloudCompareを用いた剥離検出の分析 🏗️
最初のステップは、レーザースキャンによる崩壊形状の取得であり、高密度の点群を生成しました。CloudCompareを使用して、この点群を元のCADモデルと比較し、表面の偏差を特定しました。層間の剥離領域では、0.8mmから1.5mmの系統的なギャップが見られ、融合不足を示していました。その後、GOM Inspectで断面分析を実施し、界面の実際の厚さを測定しました。その結果、上部の層はほぼゼロに近い付着力を示し、接合部の気孔率は12%に達し、適切な接合部の2%とは対照的でした。これらのデータは、有限要素モデルの境界条件としてエクスポートされました。
ABAQUSにおける疲労モデリング：重要な変数としての硬化時間 ⏳
ABAQUSでは、取得した粗さとギャップのデータを組み込んだ、層間界面の凝集モデルを構築しました。3つの硬化時間シナリオ（30分（適切）、90分（臨界）、150分（破壊））をシミュレーションしました。応力-ひずみシミュレーションの結果、150分の場合、最大付着応力は最適シナリオと比較して67%低下することが示されました。グラフは、界面での脆性破壊を示しており、顕著な塑性変形は見られません。教訓は明確です。層間の時間ウィンドウを制御することは、単なるロジスティクスの問題ではなく、3Dプリント構造物の疲労と耐久性にとって最も決定的なパラメータであるということです。
3Dプリントされたコンクリート層間の界面の粘弾性挙動を正確にモデル化し、繰り返し荷重下での疲労を予測し、住宅の部分崩壊で観察されたような付着破壊を回避する方法
(追記：材料の疲労は、10時間シミュレーションを実行した後のあなたの疲労と同じです。)