Баллистический щит из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (UHMWPE) вышел из строя при ударе фрагментом на низкой скорости. Визуальный осмотр не выявил полного проникновения, но показал внутреннее расслоение листов. В этой статье подробно описывается криминалистический рабочий процесс, использованный для определения того, была ли ошибка в давлении прессования во время изготовления основной причиной расслоения.
3D-конвейер: микро-КТ-сканирование и сегментация в Volume Graphics 🛡️
Первым шагом было подвергнуть поврежденный щит микро-КТ-сканированию для получения объемного облака точек высокого разрешения. В Volume Graphics были сегментированы области с низкой когезией, выявлены зоны, где плотность материала была ниже 85% от номинального значения. Эти области, видимые как вытянутые поры между слоями, были изолированы в 3D-модели. Впоследствии была экспортирована конечно-элементная сетка с ухудшенными механическими свойствами этих областей. Анализ GOM Inspect подтвердил, что остаточные деформации совпадают с геометрией удара, что подтвердило сегментацию.
Моделирование в Abaqus и проверка гипотезы давления 🔬
В Abaqus было смоделировано воздействие фрагмента на модель с зонами низкой когезии. Распределение напряжений показало локализованные пики на краях сегментированных областей, что привело к распространению трещины, в точности повторяющему наблюдаемое расслоение. При сравнении с контрольным моделированием с использованием идеального щита (без дефектов) разрушения не происходило. Это подтвердило, что недостаточное давление прессования создало слабые места, а не дефект основного материала. Этот процесс демонстрирует, как интеграция микро-КТ и моделирования позволяет проводить аудит производственных процессов.
Как коррелируют неоднородности, обнаруженные с помощью микро-КТ на границе раздела листов UHMWPE, с зонами начала расслоения, прогнозируемыми моделью конечных элементов в Abaqus для удара фрагментом на низкой скорости.
(P.S.: Усталость материалов похожа на вашу после 10 часов моделирования.)