Умный виадук, спроектированный для заживления собственных трещин с помощью бактерий, инкапсулированных в лактат кальция, не справился со своей задачей. Трещины не затянулись, а бетон утратил способность к самовосстановлению. Вопрос, на который должны ответить инженеры, заключается в том, разрушились ли микрокапсулы преждевременно во время заливки или пористость материала помешала биологической активации.
Криминалистическая диагностика с помощью микротомографии и метода конечных элементов 🧪
Для решения этой проблемы был применен междисциплинарный рабочий процесс. Сначала VGSTUDIO MAX обработал данные рентгеновской микротомографии, создав объемную 3D-модель трещин и встроенных капсул. Этот анализ показал, что 30% капсул уже были разрушены до образования трещин в бетоне, преждевременно высвободив заживляющий агент. Впоследствии геометрия была экспортирована в Ansys для моделирования остаточных напряжений. Моделирование методом конечных элементов подтвердило, что механическая усталость во время схватывания и пластическая усадка создали пики напряжений более 12 МПа на стенках капсул, превысив их предел прочности.
Уроки для моделирования усталости в композитных материалах 🔧
Сочетание GOM Inspect для анализа деформаций поверхности и Ansys для моделирования циклической усталости позволило установить корреляцию между зонами высокой пористости и разрушением капсул. Отказ произошел не из-за бактерий, а из-за контейнера. Этот случай демонстрирует, что структурная валидация микрокапсул с помощью 3D-моделирования имеет решающее значение для предотвращения преждевременных отказов в самовосстанавливающихся материалах. Усталость жертвенного материала должна быть смоделирована до применения на объекте.
При моделировании методом конечных элементов виадука из самовосстанавливающегося бетона, как смоделировать кинетику активации бактерий, когда микрокапсулы разрушаются из-за циклической усталости, а лактат кальция высвобождается неравномерно во времени?
(P.S.: Усталость материалов похожа на вашу после 10 часов моделирования.)