250 km/hの空力試験中、風洞の無響ウェッジが剥がれ落ち、プロトタイプに衝突した。この事故は単なる取り付けミスではなく、分析により気流の乱流が被覆材に周期的な吸引力を発生させたことが明らかになった。Star-CCM+によるCFDでモデル化されたこの現象は、接着剤に微細な変形を引き起こし、それが蓄積されて材料の疲労限界を超え、剥離に至った。
Star-CCM+による負荷サイクルシミュレーションと3D再構築 🔬
チームはStar-CCM+を使用して風洞領域を離散化し、各ウェッジにかかる圧力変動を計算した。吸引力の結果は、接着剤にかかる周期的な負荷信号に変換された。破損形状を検証するために、RealityCaptureを使用して損傷領域の写真測量を行い、Revitを使用して風洞のBIMモデルを統合した。これにより、剥離が最も顕著な領域と動的圧力ピークとの相関関係を明らかにし、接着剤の寿命マップを作成した。変形アニメーションは、乱流のサイクルごとに被覆材の振動振幅が徐々に増大し、最終的にひずみエネルギーが工業用接着剤の靭性を超える様子を示した。
過酷環境における接着接合設計への教訓 ⚙️
この事例は、乱流によって誘発される機械的疲労は静的試験だけでは予測できないことを示している。CFDと3Dモデリングの組み合わせにより、エンジニアは実際の試験で発生する前に、接着接合部の破損を予測できる。次に試験映像で被覆材が剥がれ落ちるのを見たときは、その背後に、シミュレーションソフトウェアが既に検出しているはずの隠れた負荷サイクルがあることを思い出してほしい。
高速風洞で発生するような変動空力荷重下での構造用接着剤の疲労き裂進展をモデル化するには、どの有限要素シミュレーション手法を推奨しますか？
(追伸: 材料疲労は、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。)