19世紀のレンガ製集水管の致命的な破損により、都市の道路が陥没した。調査の結果、油脂や廃棄物が蓄積した巨大なファットバーグが、水流の状態を変化させたことが判明した。この変化により、化学的に活性な化合物が元々の石灰モルタルを攻撃する淀み域が生じ、侵食が加速されて管路の構造的破損に至った。
LiDAR SLAMとCFDによる破損の再現 🛠️
SLAM技術を搭載した可動式LiDARスキャナを使用し、GeoSLAM Hubで処理することで、崩落した集水管内部のミリ単位の点群データを取得した。CloudCompareで侵食された表面を区分し、継ぎ目のモルタルの材料損失を定量化した。これらの形状データを用いてモデルをAutodesk CFDにインポートし、崩落前の流れをシミュレーションした。シミュレーションの結果、ファットバーグがダムのように機能し、有効断面積を減少させて流体速度を増加させ、下部の継ぎ目に生物由来の硫化水素による化学的攻撃を集中させ、モルタルの厚さが最大40%失われたことが明らかになった。
インフラの材料疲労シミュレーションへの教訓 🧱
この事例は、材料疲労が周期的な機械的負荷だけでなく、流れの変化によって誘発される局所的な化学的劣化にも依存することを示している。安定した水流状態向けに設計された元のモルタルは、集中した腐食環境にさらされて破損した。玄武岩骨材やエポキシ樹脂を用いたモルタルなどの現代的な代替材料は、耐食性に優れているが、その適用は、攻撃的な物質が蓄積する臨界領域を予測するCFDモデルで検証する必要がある。
歴史的なレンガ製集水管において、ファットバーグの水圧とモルタルの化学的劣化の複合効果をモデル化するには、どの有限要素法シミュレーション手法をお勧めしますか？
(追記: 材料疲労とは、10時間シミュレーションを実行した後のあなたの疲労のようなものです。)