自己修復機能を持つように設計された、乳酸カルシウムにカプセル化された細菌によって自らのひび割れを修復するスマート高架橋が、その目的を達成できなかった。ひび割れは修復されず、コンクリートは自己修復能力を失った。技術者が答えなければならない疑問は、マイクロカプセルが打設中に早期に破損したのか、それとも材料の多孔性が生物学的活性化を妨げたのかである。
マイクロトモグラフィーと有限要素法によるフォレンジック診断 🧪
この故障を解決するために、学際的なワークフローが採用された。まず、VGSTUDIO MAXがX線マイクロトモグラフィーデータを処理し、ひび割れと埋め込まれたカプセルの3Dボリュームモデルを生成した。この分析により、カプセルの30%がコンクリートのひび割れ発生時点ですでに破損しており、修復剤が早期に放出されていたことが明らかになった。その後、形状をAnsysにエクスポートし、残留応力をシミュレーションした。有限要素シミュレーションにより、凝結中の機械的疲労と塑性収縮によってカプセル壁に12 MPaを超える応力ピークが発生し、その破壊限界を超えていたことが確認された。
複合材料の疲労シミュレーションへの教訓 🔧
表面ひずみ解析のためのGOM Inspectと、繰り返し疲労シミュレーションのためのAnsysの組み合わせにより、高多孔性領域とカプセルの破損との相関関係を明らかにすることができた。故障の原因は細菌ではなく、容器にあった。この事例は、自己修復材料における早期破損を防ぐために、3Dシミュレーションによるマイクロカプセルの構造検証が極めて重要であることを示している。犠牲材料の疲労は、現場での適用前にモデル化されなければならない。
自己修復コンクリートを使用した高架橋の有限要素シミュレーションにおいて、マイクロカプセルが繰り返し疲労によって破損し、乳酸カルシウムが時間的に不均一に放出される場合、細菌活性化の速度論をどのようにモデル化するか？
(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ようなものです。)