인코넬 노즐의 열 피로: 치명적 파손의 삼차원 포렌식 분석

지난 달, 실험용 로켓 엔진이 정적 시험대에서 격렬하게 고장났습니다. 분말 베드 융합(PBF-LB) 방식으로 인코넬 718로 제조된 노즐이 여러 조각으로 파손되었습니다. 엔지니어링 팀은 GOM Inspect를 사용하여 잔해를 스캔하고 원래 형상을 재구성하는 디지털 포렌식 분석을 시작했습니다. 목표는 고장 원인이 주기적 열 피로인지, 아니면 부품 내부 층의 용융 결함인지 확인하는 것이었습니다.

체적 재구성 및 ANSYS Fluent를 활용한 열 CFD 시뮬레이션 🔥

파이프라인은 노즐 파편의 고해상도 광학 스캔으로 시작되었습니다. GOM Inspect를 통해 부품을 정렬하고 표면 메쉬를 생성하여 nTopology로 내보냈습니다. 여기서 누락된 영역을 채우고 완전한 솔리드 모델을 만들기 위해 체적 재구성이 수행되었습니다. 이 모델은 결합 열 CFD 시뮬레이션을 위해 ANSYS Fluent로 가져와졌습니다. 시험을 대표하는 경계 조건(3200K의 가스 흐름 및 70bar의 챔버 압력)이 적용되었습니다. 결과는 노즐 목에서 극심한 열 구배를 보여주었으며, 표면 온도는 1400K를 초과했습니다. 응력 해석 결과, 가장 높은 응력 영역이 잔해에서 관찰된 파단선과 일치하는 것으로 나타났습니다.

용융 부족 및 적층층 피로에 관한 교훈 ⚙️

파단면의 미세 현미경 연구를 ANSYS 응력 맵과 상호 연관시킨 결과, 과도한 기공을 가진 영역이 확인되었습니다. 이 영역들은 인접 층 간의 용융 부족을 보여주며 응력 집중기 역할을 했습니다. 고장 직전 몇 초 동안의 주기적 열 피로는 이러한 결함에서 균열을 전파시켜 치명적인 파손에 이르게 했습니다. 이 사례는 고성능 응용 분야에서 재료 피로 시뮬레이션이 이상적인 모델이 간과하는 제조 결함을 포착하기 위해 실제 3D 스캔 데이터를 통합해야 함을 보여줍니다.

로켓 엔진의 치명적인 고장 중 인코넬 노즐의 3D 포렌식 분석에서 관찰된 균열 패턴을 열 피로 사이클과 상호 연관시킨 특정 다중 물리 시뮬레이션 기술은 무엇입니까?

(추신: 재료 피로는 10시간 시뮬레이션 후의 당신과 같습니다.)