6,000바의 고압 살균(HPP) 실린더 폭발로 단조 강철에 취성 파괴가 발생했습니다. 낮은 pH의 산성 주스와의 지속적인 접촉으로 인해 응력 집중기 역할을 하는 공식(pitting)이 생성되었습니다. 3D 파이프라인은 RealityCapture를 이용한 스캐닝, GOM Inspect 검사, Ansys 시뮬레이션을 결합하여 극한의 주기 하중 하에서의 부식 피로 가설을 검증했습니다.
Ansys Mechanical의 메싱, S-N 곡선 및 수명 맵 🔧
실린더는 Ansys Mechanical에서 균열 영역에 정밀한 육면체 메싱(요소 크기 0.5mm)으로 모델링되었습니다. 주기 하중은 10,000사이클 동안 0~600MPa(6,000바)의 가변 내부 압력으로 적용되었습니다. 산성 환경에서 단조 강철에 대해 수정된 S-N 곡선이 도입되어 기본 재료 대비 피로 한계를 30% 감소시켰습니다. 수명 맵은 부식된 영역에 손상이 집중되는 것을 보여주었으며, 불안정 파괴 전 예상 수명은 8,500사이클로 추정되었습니다. GOM Inspect 검증을 통해 파단면 형태가 시뮬레이션된 균열 성장 패턴(공식에서 시작하여 방사형 전파)과 일치함을 확인했습니다.
HPP 장비 설계를 위한 포렌식 교훈 🧠
이 사례는 Ansys의 피로 시뮬레이션이 부식 환경을 무시할 수 없음을 보여줍니다. GOM Inspect(균열의 실제 형상 포착)와 Ansys(균열 진화 예측)의 결합을 통해 보다 안전한 검사 임계값을 설정할 수 있습니다. 향후 설계를 위해서는 부동태화 코팅을 적용하고 산 존재 시 최대 압력 사이클을 줄이거나, 공식 부식에 대한 저항성이 더 높은 강재를 사용하는 것이 좋습니다.
부식 조건 하에서 6000바 HPP 실린더의 단조 강철에서 피로 균열이 취성 파괴로 전이되는 과정을 Ansys에서 모델링하는 방법
(참고: 재료의 피로는 10시간 시뮬레이션 후의 당신과 같습니다.)