インコネル製ノズルの熱疲労：壊滅的破損の三次元フォレンジック解析

先月、実験用ロケットエンジンが静的燃焼試験中に激しく破損しました。粉末床溶融結合（PBF-LB）法でインコネル718製のノズルは、複数の破片に粉砕しました。エンジニアリングチームは、GOM Inspectを使用して残骸をスキャンし、元の形状を再構築するデジタルフォレンジック分析を開始しました。目的は、故障の原因が周期的熱疲労か、部品内部層の溶融欠陥かを特定することでした。

ANSYS Fluentによる体積再構築と熱CFDシミュレーション 🔥

パイプラインは、ノズル破片の高解像度光学スキャンから始まりました。GOM Inspectにより、部品の位置合わせと、nTopologyにエクスポートするサーフェスメッシュの生成が可能になりました。そこで、欠損領域を埋め、完全なソリッドモデルを作成するための体積再構築が行われました。このモデルは、連成熱CFDシミュレーションのためにANSYS Fluentにインポートされました。試験を代表する境界条件（3200Kのガス流、70 barのチャンバー圧力）が適用されました。結果は、ノズルスロート部に極端な温度勾配を示し、表面温度は1400Kを超えました。応力解析により、応力が最も高い領域が、残骸で観察された破壊線と一致することが明らかになりました。

積層造形層における溶融不足と疲労に関する教訓 ⚙️

破面の顕微鏡調査をANSYSの応力マップと相関させたところ、過度の気孔率を持つ領域が特定されました。これらの領域は、隣接する層間の溶融不足を示し、応力集中部として機能していました。破損直前の数秒間における周期的熱疲労により、これらの欠陥から亀裂が進展し、壊滅的な破壊に至りました。この事例は、高性能アプリケーションにおいて、材料疲労シミュレーションが、理想的なモデルでは見落とされる製造欠陥を捉えるために、実際の3Dスキャンデータを統合する必要があることを示しています。

インコネルノズルの3Dフォレンジック分析で観察された亀裂パターンと、ロケットエンジンの壊滅的な故障中の熱疲労サイクルを相関させることを可能にした、特定のマルチフィジックスシミュレーション手法は何ですか？

(追記：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のようなものです。)