Schroeven die ervoor hadden kunnen zorgen dat de Titan-onderzeeër zou crashen

Volgens deskundigen kunnen de schroeven waarmee het scherm aan de romp van de Titan is bevestigd, ervoor zorgen dat de koolstofvezelbehuizing geleidelijk aan zwakker wordt en onder water wordt verpletterd als deze een drempel bereikt.

De tragedie van de Titan die op 23 juni verpletterd werd op de bodem van de Atlantische Oceaan, heeft de aandacht getrokken van zowel de media als experts. Naast de opmerkingen over ontwerpfouten, structurele fouten of het te diep duiken van de Titan, hebben experts ook de hypothese geopperd dat het materiaal zou falen (Material Failure).

Er zijn berichten dat fabrikant OceanGate de Titan willekeurig heeft omgebouwd van een wetenschappelijk schip voor teledetectie tot een passagierscruiseschip. Beelden van het bouwproces, vrijgegeven door OceanGate, laten zien dat het bedrijf twee beeldschermen rechtstreeks aan de romp heeft bevestigd, die aan de buitenkant met koolstofvezel is bedekt, zoals CEO Stockton Rush ooit adverteerde.

In de introductievideo van de Titan-onderzeeër worden twee schermen getoond die aan de romp zijn vastgeschroefd en met de hand zijn verbonden (hierboven). Foto: OceanGate

Dit is taboe, omdat koolstofvezel vijf keer sterker is dan staal, maar erg broos is en vaak wordt gemengd met harslijm om zich aan het te bedekken materiaal te hechten. Dit coatingproces wordt gecreëerd door elke laag op elkaar te lijmen, vergelijkbaar met het lijmen van papierlagen.

De koolstofvezelstructuur zou dus geen zuiver monolithisch plaatmateriaal zijn, maar een composiet van koolstofvezel en hars. OceanGate gebruikte de naam "koolstofvezelcomposiet" voor dit materiaal in een patent dat in 2021 werd verleend.

Omdat het een composiet is, zitten er microscopisch kleine holtes in de koolstofvezelstructuur die de hars niet kan opvullen. OceanGate geeft aan dat de holteverhouding minder dan 1% is, maar dit getal wordt niet specifiek gespecificeerd. Het verschil tussen een holteverhouding van 0,99% en 0,0000000000001% kan een enorme impact hebben op het algehele structurele frame en de breuksnelheid van het materiaal.

Door het boren en vastschroeven van het gaas op de romp ontstaan ​​er kleine scheurtjes in het composietoppervlak aan de binnenkant. Na vele duiken naar het wrak van de Titanic op een diepte van 3800 meter staat de romp van de Titanic langdurig en constant onder grote druk, waardoor de scheurtjes zich net zo snel verspreiden als gebroken glas.

Dit fenomeen is te vergelijken met het beeld van een gletsjer met een gat in het oppervlak. De scheur is aanvankelijk klein, maar zal geleidelijk, na elke lange, krachtige slag, een blok van honderden meters openbarsten, wat leidt tot een groot ijsblok dat barst.

Koolstofvezel staat bekend om zijn stevigheid, maar het is niet de druksterkte die doorslaggevend is voor de druk op de bodem van de oceaan, maar de treksterkte die voorkomt dat het frame uitrekt en breekt.

Composiet koolstofvezel scheurt langzamer dan pure koolstofvezel, waardoor het scheurproces geleidelijk verloopt en de structurele scheuren te klein zijn om van buitenaf te kunnen worden waargenomen. De scheursnelheid binnen dezelfde laag koolstofvezel neemt van laag tot laag toe, waardoor de scheuren geleidelijk groter worden, totdat de binnenste structuur extreem zwak is.

Als aan alle voorwaarden is voldaan, is een kleine botsing, bijvoorbeeld een schuivende duw met een voorwerp op de bodem van de zee, voldoende om de onderzeeër Titan op gruwelijke wijze te laten instorten. Hierbij komen vijf mensen aan boord om het leven.

In dat geval zou de koolstofvezelcomposietstructuur plotseling verbrokkelen, ondanks dat eerdere reizen normaal waren verlopen. Dit verklaart waarom Titans eerdere reizen normaal verliepen, maar de laatste reis op 18 juni was het moment waarop het ruimtevaartuig zijn breekpunt bereikte.

Ook al zit er een bepaalde ruimte tussen de titanium romp en de buitenmantel van koolstofvezelcomposiet, zodat de schroefgaten geen scheuren veroorzaken, toch kan er door het boren in de titanium romp van het schip sneller roest op het metaal ontstaan.

Titanium roest minder snel dan ijzer en koper, maar de kleur van de romp is niet van zuiver titanium, maar lijkt meer op een titaniumlegering zoals OceanGate adverteert, of een hard staalmateriaal dat vergelijkbaar is met het materiaal dat de Amerikaanse marine gebruikt voor onderzeeërs.

Het proces waarbij koolstofvezel rond de romp van de Titan wordt gewikkeld. Bron: OceanGate

OceanGate zou een legering in plaats van puur titanium kunnen gebruiken voor de romp, wat de productiekosten verlaagt, maar ook de kans op roest vergroot. In dat geval zouden de boutlocaties altijd als eerste roesten, wat het risico op verspreiding en verzwakking van de omliggende structuur zou vergroten.

OceanGate heeft waarschijnlijk extra schroeven aan de romp laten toevoegen, omdat het schip werd omgebouwd om toeristen te vervoeren en er meer observatieapparatuur moest worden geïnstalleerd. Bovendien waren de lasnaden van de deuren vrij ruw, zonder extra roest- of corrosiebescherming, vergelijkbaar met het ontwerp van de ramen op een balkon.

In de materiaalkunde is de onderkant van de las het meest gevoelig voor roest en structurele verslechtering vanwege het contact van minstens twee verschillende materialen.

Het risico bij deze methode is zelfs nog hoger dan bij de boutmethode. De las kan een metaalachtige verbinding hebben die leidt tot snelle roestverspreiding door elektrochemische corrosie bij blootstelling aan hoge luchtvochtigheid. Om het risico te beperken, kan de fabrikant deze lassen bedekken met een dunne anti-slijtage- en anti-corrosiefolie om het materiaal en de constructie te beschermen tegen blootstelling aan omgevingsomstandigheden. Er is echter geen bewijs dat OceanGate deze veiligheidsmaatregel heeft geïmplementeerd.

Het Titan-ontwerp uit het originele OceanGate-patent laat zien dat het schip gebaseerd is op de eerste generatie Alvin DSV-diepzeeduikboot, die nog steeds in gebruik is. In plaats van de traditionele bolvorm te gebruiken om de druk vanuit alle richtingen optimaal te kunnen weerstaan, heeft Rush de Titan omgebouwd tot een buis om meer passagiers te kunnen vervoeren.

De twee zijkanten van de pot zijn gemaakt van titanium, terwijl het centrale cilindrische frame is omwikkeld met lagen koolstofvezel van ongeveer 13 cm dik. De centrale cilinder is ontworpen om de grootste kracht te dragen, terwijl dit het gebied is dat is vastgeschroefd en gelast.

Het ontwerp van de OceanGate-onderzeeër bestaat uit twee uiteinden en een ring, die het verbindingspunt versterkt, gemaakt van titanium. Afbeelding: Oceanliner Designs

De 13 cm dikke koolstofcoating vergroot weliswaar de weerstand van het schip tegen druk van buitenaf, maar vergroot ook onbedoeld de broosheid ervan en zorgt ervoor dat zeer kleine scheurtjes in de lagenstructuur moeilijker te zien zijn.

De verbindingen tussen de buis en de titanium kop en staart worden niet in één batch 3D-geprint, maar aan elkaar gelast met behulp van een afdichtingsmechanisme, waardoor het mechanische frame kan verzwakken. De algehele structuur is zeer zwak door het gebruik van veel verschillende materialen, waaronder koolstofvezel, titanium en acrylglas. Elk materiaal heeft een andere sterkte, uitzetting en broosheid in dezelfde omgeving.

Dit is ook de reden waarom 3D-printtechnologie de voorkeur geniet voor de productie van ruimtevaartuigen, ook al is deze vele malen duurder dan de assemblagemethode. Met deze technologie hoeven fabrikanten slechts één keer te 3D-printen om een ​​compleet product te hebben, ongeacht hoe complex het ontwerp is, zonder lassen of bouten, wat het risico voor de algehele structuur vermindert.

OceanGate vermeldt in zijn patent dat het de Titan-duikboot veilig heeft getest bij een druk van 5.000 - 6.000 psi (400 keer de atmosferische druk). Deze testdruk is gelijk aan de druk waaraan de duikboot zou worden blootgesteld op een diepte van 4.000 meter.

Maar vanuit het oogpunt van de veiligheidsbeoordeling is dit een zeer ernstige fout. De fabrikant heeft de verantwoordelijkheid ervoor te zorgen dat het product bestand is tegen omstandigheden die vele malen zwaarder zijn dan die bij normaal gebruik. OceanGate had ervoor moeten zorgen dat de Titan bestand was tegen een druk van ten minste 8.000-10.000 psi voordat hij normaal gesproken op 6.000 psi mocht werken, in plaats van hem toe te staan ​​toeristen te vervoeren op het maximale niveau, volgens de testresultaten.

De marketingtactieken van OceanGate voor de Titan en de expeditiecruisepakketten hebben ook vragen opgeroepen over de vraag of de veiligheidsinspecties zijn uitgevoerd volgens internationale normen.

Op 28 juni werd puin van de Titan-onderzeeër naar de haven van Saint John in Canada gebracht. Foto: AP

OceanGate beweert dat zijn duikboot zo nieuw is dat hij de gebruikelijke veiligheidsnormen overtreft en door geen enkele instantie kan worden geïnspecteerd. Aan de andere kant gebruikt OceanGate in zijn patent het onbewezen concept van "titaniumlegering - koolstofvezel", in plaats van het materiaal duidelijk te definiëren als "titaniumlegering" en niet als puur titanium en koolstofvezelcomposiet en niet als pure koolstofvezel.

Fabrikanten kunnen weliswaar nieuwe materialen gebruiken die sterker, duurzamer en harder zijn, maar ze moeten altijd veiligheidsnormen hanteren die boven het minimum liggen. Zelf renoveren en je eigen veiligheidsnormen bepalen, kan altijd ongelukken veroorzaken.

Het artikel geeft de visie weer van auteur Dang Nhat Minh, momenteel promovendus bij het Australian Research Council Centre for Advanced Surface Engineering of Materials (ARC SEAM), gevestigd aan de Swinburne University of Technology in Melbourne.

Dang Nhat Minh

Bronlink: https://vnexpress.net/nhung-con-vit-co-the-khien-tau-lan-titan-gap-nan-4627263.html