家庭での医療処置中に高気圧チャンバーが崩壊したことで、高度な法医学調査が開始されました。強化ポリマー製の外殻が突然破損し、内破が発生して数十の破片が飛散しました。鑑定では、致命的な亀裂の発生箇所と逃し弁が操作されたかどうかという2つの重要な問いに答える必要がありました。そのために、高解像度コンピュータ断層撮影と有限要素シミュレーションを組み合わせたワークフローが実施されました。
法医学的ワークフロー：CTスキャンから非線形シミュレーションへ 🔍
プロセスはVGSTUDIO MAXで始まり、回収されたすべての破片が産業用CTでスキャンされました。体積メッシュが生成され、3次元パズルのように仮想的に破片を結合し、相補的な破面を特定することが可能になりました。このデジタル再構成はGeomagic Design Xにエクスポートされ、形状の精密化とスキャンアーティファクトの修復が行われました。その後、Rhinoceros 3Dで逃し弁と欠落した構造補強材がモデル化されました。完全なアセンブリはAbaqusに移され、内部圧力条件が適用され、強化ポリマーに対する progressive damage モデルを用いて、装置の過去の負荷サイクルがシミュレーションされました。
医療安全を保証する材料疲労 ⚙️
シミュレーションにより、亀裂の起点は入口ポートとの接合部近くの応力集中領域にあることが明らかになりました。疲労解析は、記録されていない微小サイクルにより材料が推定寿命を超えていたことを示しました。さらに、バルブのシミュレーションは操作されていないことを証明し、故障は専らポリマーの疲労によるものでした。この事例は、構造的故障が直接的な生命リスクを伴う携帯型医療機器の認証プロセスに、疲労シミュレーションを統合する必要性を強調しています。
携帯型高気圧チャンバーの崩壊における亀裂伝播の正確なシーケンスを決定するために、有限要素シミュレーションデータと破面の3Dスキャンがどのように統合されたか
(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。)