स्ट्रक्चर्स टेक्निकल डिसिप्लिन टीम (टीडीटी) पिछले वर्ष कई जांचों में शामिल थी, लेकिन कंपोजिट, फ्रैक्चर मैकेनिक्स और दबाव वाहिकाएं सूची में हावी हैं।ये तीनों विशिष्टताएं समग्र ओवररैप्ड दबाव वाहिकाओं (सीओपीवी) के लिए महत्वपूर्ण हैं।

इस वर्ष टीडीटी के सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक एक अंतर्निहित भेद्यता का उजागर होना था जो सीओपीवी के लिए वर्तमान विशिष्टताओं और परीक्षण मानकों द्वारा संचालित, संरचनात्मक जीवन की भविष्यवाणी करता है।एनईएससी का यह कार्य और इसकी सिफारिशें पूरे एयरोस्पेस समुदाय में सभी वर्तमान और भविष्य के सीओपीवी संचालन के लिए सुरक्षा और मिशन की सफलता में उल्लेखनीय सुधार करेंगी।

क्षति सहनशीलता विश्लेषण मानक सीओपीवीएस के लिए अरूढ़िवादी हो सकता है

सीओपीवी में एक धातु लाइनर होता है जिसमें तरल पदार्थ या गैस होती है और एक मिश्रित ओवरवैप होता है जो ताकत प्रदान करता है।अंतरिक्ष उड़ान सीओपीवी के लिए परिचालन दबाव चक्र आम तौर पर प्रारंभिक ओवरप्रेशर से शुरू होता है, जिसे ऑटोफ्रेटेज कहा जाता हैचक्र, जो धात्विक लाइनर उत्पन्न करता है, जबकि मजबूत मिश्रित ओवररैप लोचदार रहता है।ऑटोफ्रेटेज के दौरान लाइनर की उपज के परिणामस्वरूप लाइनर की थोड़ी मात्रा में वृद्धि होती है, जिसके परिणामस्वरूप ऑटोफ्रेटेज के बाद सीओपीवी के दबाव कम होने पर लाइनर संपीड़न होता है।

बाद के परिचालन चक्र या तो लोचदार (लोचदार रूप से प्रतिक्रिया करने वाला सीओपीवी) या लोचदार-प्लास्टिक (प्लास्टिक रूप से प्रतिक्रिया करने वाला सीओपीवी) हो सकते हैं।

स्पेसफ्लाइट सीओपीवी की क्षति सहनशीलता जीवन मूल्यांकन एएनएसआई/एआईएए-एस-081बी, स्पेस सिस्टम्स-कम्पोजिट ओवररैप्ड प्रेशर वेसल्स द्वारा नियंत्रित किया जाता है।यह मानक लोचदार रूप से प्रतिक्रिया देने वाले लाइनर्स के साथ सीओपीवी के क्षति सहनशीलता विश्लेषण (डीटीए) के लिए आधारभूत आवश्यकताएं प्रदान करता है।

मानक डीटीए को लोचदार प्रतिक्रिया चक्रों से स्वतंत्र रूप से लोचदार-प्लास्टिक ऑटोफ्रेटेज चक्र के प्रभाव पर विचार करने की अनुमति देता है।लोचदार रूप से प्रतिक्रिया करने वाले चक्रों को रैखिक लोचदार का उपयोग करके विश्लेषण करने की अनुमति हैफ्रैक्चर यांत्रिकी(LEFM) उपकरण जैसे NASGRO क्रैक-ग्रोथ विश्लेषण सॉफ़्टवेयर।मानक कहता है कि डीटीए को बाद के लोचदार प्रतिक्रिया चक्रों पर ऑटोफ्रेटेज चक्र के किसी भी लाभकारी प्रभाव पर विचार नहीं करना चाहिए, लेकिन ऑटोफ्रेटेज चक्र के हानिकारक प्रभावों की संभावना पर विचार नहीं करता है।

अध्ययन में,रैखिक-लोचदार फ्रैक्चर यांत्रिकी विश्लेषण पोस्ट ऑटोफ्रेटेज की असंरक्षणवाद(NASA/TM-20230013348), एक NESC टीम ने बाद के लोचदार चक्रों पर ऑटोफ्रेटेज चक्र के प्रभाव की एक संयुक्त प्रयोगात्मक और विश्लेषणात्मक जांच की।

भाग-थ्रू सतह दरार वाले कूपन पर परीक्षण किए गए थे जो चक्रीय लोडिंग के अधीन थे जो सीओपीवी लाइनर के परिचालन चक्रों का प्रतिनिधि था।आधे परीक्षण पूर्ण लोडिंग इतिहास (ऑटोफ्रेटेज चक्र सहित) के साथ आयोजित किए गए थे और अन्य आधे समान थे सिवाय इसके कि ऑटोफ्रेटेज चक्र को छोड़ दिया गया था।

ऑटोफ्रेटेज चक्र वाले परीक्षणों में दरारें ऑटोफ्रेटेज चक्र को छोड़कर समान परीक्षणों में दरारों की तुलना में तेजी से बढ़ीं, जैसा कि फोटोमाइक्रोग्राफ में फ्रैक्चर सतहों द्वारा दिखाया गया है।ऑटोफ्रेटेज चक्र द्वारा छोड़े गए निशान और डक्टाइल फ्रैक्चर क्षेत्र के बीच की दूरी एलईएफएम चक्रों के कारण दरार वृद्धि की मात्रा (Îa=0.0077 इंच) थी।केवल एलईएफएम परीक्षण में एलईएफएम चक्रों के कारण दरार वृद्धि Îa=0.0022 इंच थी, जो समान ऑटोफ्रेटेज प्लस एलईएफएम परीक्षण की तुलना में तीन गुना अधिक धीमी थी।

ऑटोफ्रेटेज चक्र के प्रभाव का मूल्यांकन करने के लिए एक मान्य परिमित तत्व विश्लेषण और प्रयोगात्मक माप का उपयोग किया गया था।यह पाया गया कि इलास्टिक-प्लास्टिक ऑटोफ्रेटेज चक्र ने दरार के आगे प्लास्टिक विरूपण का एक बड़ा क्षेत्र बनाया और दरार की नोक को कुंद कर दिया।पिछले फ्रैक्चर यांत्रिकी परीक्षणों और साहित्य में विश्लेषणात्मक अध्ययनों ने लोचदार अधिभार की जांच की और पाया कि दरार के आगे प्लास्टिक विरूपण ने अवशिष्ट तनाव विकसित किया जिसने दरार सतहों को बंद कर दिया, जिससे बाद की दरार वृद्धि दर कम हो गई।

हालाँकि, क्रैक ब्लंटिंग ने क्रैक को पूरी लोडिंग के लिए खुला रहने दिया, जैसा कि चरम और न्यूनतम तनाव पर क्रैक सतहों के परिमित तत्व सिमुलेशन द्वारा दर्शाया गया है।प्रयोगात्मक रूप से देखे गए और मान्य परिमित तत्व विश्लेषण के साथ सिम्युलेटेड किए गए ऑटोफ्रेटेज चक्र के साथ और बिना परीक्षणों के बीच अंतर से संकेत मिलता है कि मानक द्वारा अनुमत क्षति सहनशीलता विश्लेषण दृष्टिकोण गैर-रूढ़िवादी हो सकता है।

एनईएससी ने एक वैकल्पिक क्षति सहनशीलता विश्लेषण दृष्टिकोण का प्रस्ताव दिया और सिफारिश की कि मानकों पर एआईएए एयरोस्पेस प्रेशर वेसल कमेटी पीक ऑटोफ्रेटेज तनाव के बाद संपीड़ित तनाव वाले सीओपीवी लाइनर्स को संबोधित करने के लिए एएनएसआई/एआईएए एस-081बी मानक को अपडेट करे।

सीओपीवीएस के लिए क्षति सहनशीलता का संक्षिप्त परिचय

एएनएसआई/एआईएए एस-081बी मानक, स्पेस सिस्टम्स-कंपोजिट ओवररैप्ड प्रेशर वेसल्स, उद्योग, सरकार और विश्वविद्यालयों के सहयोग से विकसित अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले सीओपीवी के लिए स्वीकृत प्रथाओं का एक संकलन है।मानक सीओपीवी के कई पहलुओं को शामिल करता है जिसमें क्षति सहनशीलता जीवन विश्लेषण भी शामिल है जिसका उपयोग फ्रैक्चर नियंत्रण बोर्ड द्वारा उड़ान योग्यता की देखरेख के लिए किया जाता है।

क्षति सहनशीलता के मानक के लिए आवश्यक है कि सीओपीवी "मेटेलिक लाइनर में सबसे बड़ी दरार के साथ चार परिचालन जीवनकाल तक जीवित रहे, जिसे एक गैर-विनाशकारी मूल्यांकन (एनडीई) द्वारा छोड़ा जा सकता है, जो कि सीओपीवी अपने जीवन में क्या अनुभव करता है, उसके प्रतिनिधि तनाव के अधीन है (विनिर्माण, एकीकरण, थर्मल और अवशिष्ट सहित परिचालन)।"

सीओपीवी लाइनर के परिचालन जीवन में आम तौर पर एक प्रारंभिक लोचदार-प्लास्टिक चक्र (ऑटोफ्रेटेज या प्रूफ) शामिल होता है, जिसके बाद अन्य चक्र होते हैं जो लोचदार (लोचदार प्रतिक्रिया देने वाले लाइनर) या लोचदार-प्लास्टिक (प्लास्टिक रूप से प्रतिक्रिया करने वाले लाइनर) हो सकते हैं।एक प्रतिनिधि लोड स्पेक्ट्रम दाईं ओर दिखाया गया है।

ऑटोफ्रेटेज के दौरान, लाइनर की आंतरिक सतह को संपीड़ित करने के लिए सीओपीवी पर कम से कम दबाव डाला जाता है, जिससे यह परिचालन तनाव के प्रति कम संवेदनशील हो जाता है।इलास्टिकली रिस्पॉन्सिंग लाइनर्स वाले सीओपीवी एलईएफएम विश्लेषण टूल का उपयोग करके क्षति-सहिष्णुता योग्य हो सकते हैं, लेकिन प्लास्टिकली रिस्पॉन्सिंग लाइनर्स को परीक्षण द्वारा क्षति-सहिष्णुता योग्य होना चाहिए।

सीओपीवी क्षति सहनशीलता के लिए एलईएफएम उपकरणों की उपयुक्तता का मूल्यांकन करने पर मार्गदर्शन एनईएससी तकनीकी बुलेटिन संख्या 21-04 में प्रदान किया गया था, सीओपीवी और धातु दबाव पोत क्षति सहनशीलता जीवन सत्यापन सहनशीलता जीवन सत्यापन और नासा/टीएम-2020-5006765 के लिए एलईएफएम उपकरणों की उपयुक्तता का मूल्यांकन/खंड 1/2.

संरचनाओं का भविष्य अनुशासन

जैसे-जैसे एजेंसी नए कार्यक्रमों के लिए वाणिज्यिक अनुबंधों के साथ रणनीतिक उद्योग साझेदारी बनाने की दिशा में आगे बढ़ रही है, स्ट्रक्चर्स टीडीटी ने टीम के रणनीतिक वेक्टर के रूप में उचित आवश्यकताओं पर उचित ध्यान देने की आवश्यकता पर प्रकाश डाला है।हालाँकि नासा मानक अक्सर संदर्भ के लिए प्रदान किए जाते हैं, लेकिन उनकी अनुदेशात्मक प्रकृति वाणिज्यिक अनुबंधों के साथ उपयोग के लिए आवश्यक रूप से उपयुक्त नहीं है।

उद्योग भागीदार और/या नासा टीम के सदस्य वैकल्पिक मानक बनाते हैं, जो प्रत्येक कार्यक्रम के लिए अद्वितीय होते हैं, लेकिन इन मानकों में विस्तृत आवश्यकताओं के संबंध में विभिन्न कार्यक्रमों में असंगतता होती है।उभरती हुई प्रौद्योगिकियां जैसे सॉफ्ट गुड्स, बड़े पैमाने पर तैनात करने योग्य संरचनाएं, इनफ्लैटेबल्स, संभाव्य विश्लेषण तकनीक और एडिटिव निर्मित हार्डवेयर सभी अद्वितीय आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

टीडीटी ने नासा कार्यक्रमों के लिए अंतर्दृष्टि/निगरानी रणनीतियों में सहायता के लिए मिशन प्राथमिकताओं और जोखिम स्थितियों से जुड़ी एक सिलाई गाइड की आवश्यकता की पहचान की।उद्योग भागीदारों का उपयोग करने का मतलब नासा के स्वामित्व वाले हार्डवेयर का कम होना भी है, जिससे संस्थागत ज्ञान का नुकसान हो सकता है।

यह जरूरी है कि प्रत्येक केंद्र में इंजीनियरिंग निदेशालय सक्रिय रूप से इन-हाउस परियोजनाओं की तलाश करें ताकि अगली पीढ़ी के इंजीनियरों के पास उड़ान हार्डवेयर के विकास, डिजाइन और परीक्षण (डीडीटी) के व्यावहारिक अनुभव के अवसर हों।यह अनुभव नासा इंजीनियरों के लिए अपने स्वयं के डीडीटी प्रक्रियाओं के माध्यम से वाणिज्यिक भागीदारों का मार्गदर्शन करने और नासा आवश्यकताओं का उचित सत्यापन और सत्यापन प्रदान करने में सक्षम होने के लिए आवश्यक आधार है।

स्ट्रक्चर्स टीडीटी सदस्य सभी केंद्रों और कार्यक्रमों को पार करते हुए एक विविध टीम बनाते हैं, जिससे आवश्यकता व्याख्या पर अच्छे सहयोग की सुविधा मिलती है, जो अंततः नासा चालक दल की सुरक्षा और इन नए वाणिज्यिक कार्यक्रमों में संचालन की मिशन सफलता सुनिश्चित करती है।