폴리에틸렌 기상 관측 풍선이 목표 고도에 훨씬 못 미친 상승 중에 붕괴되었습니다. 엔지니어링 팀은 근본 원인을 조사하기 위해 폴리머 조각을 회수했습니다. 초기 가설은 블로우 성형 금형의 미세 결함이 저기압으로 인해 재료가 팽창하면서 응력 집중자 및 치명적인 균열 개시점으로 작용했을 것이라는 점을 지목했습니다.
워크플로우: 스캔, 모델링 및 FEM 시뮬레이션 🛠️
프로세스는 GOM Inspect를 사용한 파단면의 3D 스캔으로 시작되어 표면 형상을 포착했습니다. 파손 시작 지점에서 50마이크로미터 크기의 공동이 확인되었습니다. 이 형상은 Siemens NX로 가져와 결함을 타원형 노치로 포함하는 풍선 멤브레인 세그먼트를 모델링하는 데 사용되었습니다. 메싱은 Abaqus로 내보내졌고, 고도를 시뮬레이션하는 감소하는 차압으로 멤브레인 해석이 적용되었습니다. 결과는 응력 강도 계수가 비행 센서에 기록된 붕괴 지점에서 정확히 폴리머의 파괴 인성을 초과했음을 보여주었습니다.
폴리머 피로 시뮬레이션을 위한 교훈 📘
이 사례는 제조상의 미세 결함이 큰 변형과 차압을 받는 부품에서 중요함을 확인시켜 줍니다. 고해상도 3D 스캔과 유한 요소 해석 간의 상관 관계를 통해 점탄성 재료에서 선형 탄성 파괴 역학 모델을 검증할 수 있습니다. 향후 설계를 위해서는 산업용 단층 촬영으로 금형을 검사하고 10마이크로미터 미만의 공동을 제거하기 위해 블로우 성형 매개변수를 조정하는 것이 좋습니다.
성층권 풍선 상승 중 차압 및 동적 하중 조건에서 저밀도 폴리에틸렌 필름의 미세 균열 전파를 정확하게 모델링하는 데 가장 중요한 유한 요소 해석(FEM) 매개변수 또는 균열 성장 법칙(Paris 또는 NASGRO 등)은 무엇입니까?
(참고: 재료 피로는 10시간 시뮬레이션 후의 당신의 피로와 같습니다.)