飛行中のトランスミッションシャフトの破断は、ヘリコプターにおいて最も重大な故障モードの一つです。その原因がねじり振動による進行性疲労なのか、材料内部に埋め込まれた製造欠陥なのかを区別することは、事故防止のために極めて重要です。本稿では、VGSTUDIO MAX、SolidWorks Simulation、Pix4Dによるフォトグラメトリを組み合わせ、破断面と内部応力場を解析するフォレンジックワークフローを詳述します。
ワークフロー：マイクロCTから応力マップへ 🛠️
プロセスは、破断したシャフトのボリュームデータをマイクロコンピュータ断層撮影法（マイクロCT）で取得し、VGSTUDIO MAXで処理することから始まります。このツールにより、完全なボリューム検査と、マイクロメートル分解能での破断面の3Dメッシュ生成が可能になります。デジタルフラクトグラフィは、ビーチマーク、疲労ストライエーション、そして破壊の起点を特定します。その後、このモデルはSolidWorks Simulationにエクスポートされ、飛行中に記録されたねじり荷重と振動荷重が適用されます。構造シミュレーションは、フォン・ミーゼス応力マップと応力集中係数を計算し、数値予測と3Dスキャンで観察された物理的な痕跡との比較を可能にします。
振動 vs 介在物：フォレンジックの鍵 🔍
振動疲労と製造欠陥の区別は、起点部の形態にあります。ねじり振動は同心円状のストライエーションパターンと、滑らかで均質な伝播領域を生成します。一方、内部介在物や気孔は、3Dフラクトグラフィにおいて不規則な形状と角張ったエッジを示します。SolidWorksのシミュレーションをVGSTUDIO MAXのボリュームスライスと重ね合わせることで、局所的な応力ピークが既存の欠陥と一致するのか、シャフトの固有振動数と一致するのかが確認され、事故の根本原因が特定されます。
3Dデジタルフラクトグラフィは、ヘリコプターのトランスミッションシャフト破断面において、振動疲労痕と鋳造介在物をどのように正確に区別できるのでしょうか？
(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。)