超高分子量ポリエチレン（UHMWPE）製の防弾シールドが、低速の破片衝撃を受けて破損しました。目視検査では完全な貫通は確認されませんでしたが、内部の層間剥離が生じていました。本稿では、製造時のプレス圧力の誤りが層間剥離の根本原因であるかどうかを判断するために採用された、フォレンジックワークフローの詳細を説明します。
3Dパイプライン：マイクロCTスキャンとVolume Graphicsでのセグメンテーション 🛡️
最初のステップは、損傷したシールドをマイクロCTスキャンにかけ、高解像度のボリューメトリック点群データを取得することでした。Volume Graphicsでは、凝集性の低い領域をセグメント化し、材料密度が公称値の85%未満のゾーンを特定しました。層間に見られる細長い気孔として視認できるこれらの領域は、3Dモデル上で分離されました。その後、これらの領域の劣化した機械的特性を持つ有限要素メッシュがエクスポートされました。GOM Inspectによる解析により、残留変形が衝撃の形状と一致することが確認され、セグメンテーションが検証されました。
Abaqusでのシミュレーションと圧力仮説の検証 🔬
Abaqusでは、凝集性の低い領域を持つモデルに対する破片の衝撃をシミュレーションしました。応力分布は、セグメント化された領域のエッジに局所的なピークを示し、観察された層間剥離を正確に再現する亀裂伝播を生み出しました。欠陥のない理想的なシールドを用いた対照シミュレーションと比較した場合、破損は発生しませんでした。これにより、不十分なプレス圧力が弱点を生み出したのであり、基材の欠陥ではないことが確認されました。このワークフローは、マイクロCTとシミュレーションの統合がどのように製造プロセスの監査を可能にするかを示しています。
低速の破片衝撃に対して、UHMWPEシート界面でマイクロCTにより検出された不連続性が、Abaqusの有限要素モデルによって予測された層間剥離開始領域とどのように相関するか。
(追記：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。)