6,000気圧の高圧殺菌（HPP）シリンダーの破裂により、鍛造鋼に脆性破壊が生じたことが明らかになった。低pHの酸性ジュースとの継続的な接触により、応力集中源となるピットが形成された。3Dパイプラインは、RealityCaptureによるスキャン、GOM Inspectでの検査、Ansysでのシミュレーションを組み合わせ、極限的な繰り返し荷重下での腐食疲労の仮説を検証した。
Ansys Mechanicalにおけるメッシュ、S-N曲線、寿命マップ 🔧
シリンダーはAnsys Mechanicalでモデル化され、亀裂領域に微細な六面体メッシュ（要素サイズ0.5mm）が適用された。繰り返し荷重は、10,000サイクルにわたる0～600MPa（6,000気圧）の変動内圧として適用された。酸性環境下での鍛造鋼用に修正されたS-N曲線が導入され、疲労限界は母材に比べて30%低減された。寿命マップは、腐食領域に損傷が集中し、不安定破壊までの推定寿命が8,500サイクルであることを示した。GOM Inspectでの検証により、破面の形態がシミュレーションされた亀裂成長パターン（ピットからの発生と放射状伝播）と一致することが確認された。
HPP機器設計のための破壊工学の教訓 🧠
この事例は、Ansysでの疲労シミュレーションは腐食環境を無視できないことを示している。GOM Inspect（亀裂の実際の形状を捉えるため）とAnsys（その進展を予測するため）を組み合わせることで、より安全な検査閾値を設定することが可能になる。将来の設計では、不動態化コーティングを施し、酸の存在下での最大圧力サイクルを低減するか、耐ピット腐食性に優れた鋼材を使用することを推奨する。
HPPシリンダーにおける6000気圧の腐食条件下で、鍛造鋼の疲労亀裂から脆性破壊への遷移をAnsysでモデル化する方法
(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。)