Șuruburi care ar fi putut cauza prăbușirea submersibilului Titan

Șuruburile care fixează ecranul de coca navei Titan ar putea cauza slăbirea treptată a carcasei din fibră de carbon și zdrobirea acesteia sub ape atunci când atinge un anumit prag, spun experții.

Tragedia prăbușirii submersibilului Titan pe fundul Oceanului Atlantic pe 23 iunie a atras atenția atât a presei, cât și a experților. Pe lângă comentariile despre erorile de proiectare, erorile structurale sau scufundările prea adânci ale Titanului, ipoteza defecțiunii datorate materialelor (Materials Failure - Defecțiune a Materialelor) a fost, de asemenea, ridicată de experți.

Există rapoarte conform cărora producătorul OceanGate a transformat în mod arbitrar nava Titan dintr-o navă științifică de teledetecție într-o navă de croazieră pentru pasageri. Imaginile procesului de construcție publicate de OceanGate arată că firma a fixat cu șuruburi două ecrane direct pe coca navei, care este acoperită cu fibră de carbon la exterior, așa cum a anunțat cândva CEO-ul Stockton Rush.

Două ecrane fixate cu șuruburi pe cocă și îmbinate manual (sus) în Titan sunt prezentate în videoclipul de prezentare a submersibilei Titan. Fotografie: OceanGate

Acesta este un tabu deoarece fibra de carbon este de 5 ori mai rezistentă decât oțelul, dar foarte fragilă, adesea amestecată cu lipici de rășină pentru a se lipi de suprafața materialului care urmează să fie acoperit. Acest proces de acoperire este creat din fiecare strat unul peste altul, similar cu lipirea straturilor de hârtie cu lipici.

Prin urmare, structura din fibră de carbon nu ar fi o foaie monolitică pură, ci un compozit din fibră de carbon și rășină. OceanGate a folosit denumirea de „compozit din fibră de carbon” pentru acest material într-un brevet acordat în 2021.

Deoarece este un compozit, există goluri microscopice în structura fibrei de carbon pe care rășina nu le poate umple. OceanGate afirmă că raportul de goluri este mai mic de 1%, dar acest număr nu este specificat în mod specific. Diferența dintre un raport de goluri de 0,99% și 0,0000000000001% poate avea un impact uriaș asupra cadrului structural general, precum și asupra ratei de fracturare a materialului.

Metoda de găurire și înșurubare a ecranului pe cocă va crea mici fisuri în suprafața compozită din interior. După numeroase scufundări pentru a vizita epava Titanicului la o adâncime de 3.800 m, coca Titanului este constant supusă unei presiuni mari pentru o perioadă lungă de timp, ceea ce face ca fisurile să se răspândească la fel de repede ca cioburi de sticlă.

Acest fenomen poate fi comparat cu imaginea unui ghețar cu o gaură la suprafața sa. Crăpătura este inițial mică, dar treptat, după fiecare lovitură suficient de lungă și cu suficientă forță, va provoca ruperea unui bloc de sute de metri, ducând la crăparea unui bloc mare de gheață.

Fibra de carbon este cunoscută pentru rezistența sa, dar nu rezistența la compresiune este esențială pentru a rezista presiunii de pe fundul oceanului, ci rezistența la tracțiune care împiedică întinderea și ruperea cadrului.

Fibra de carbon compozită fisurează mai lent decât fibra de carbon pură, ceea ce face ca procesul de fisurare să se producă treptat, fisurile structurale fiind prea mici pentru a fi detectate din exterior. Rata de fisurare în cadrul aceluiași strat de fibră de carbon va crește de la strat la strat, astfel încât fisurile vor crește treptat, până când structura cea mai interioară va fi extrem de slabă.

Când toate condițiile sunt îndeplinite, o simplă coliziune, o împingere prin alunecare cu orice obiect de pe fundul oceanului, este suficientă pentru a provoca o prăbușire oribilă a submersibilului Titan, luând viața a 5 persoane aflate la bord.

În acest caz, structura compozită din fibră de carbon s-ar prăbuși brusc, chiar dacă călătoriile anterioare au fost normale. Aceasta explică de ce călătoriile anterioare ale lui Titan au fost normale, dar călătoria finală din 18 iunie a fost momentul în care nava spațială a atins punctul de rupere.

Chiar dacă există un anumit spațiu între coca din titan și învelișul exterioar din compozit din fibră de carbon, astfel încât găurile pentru șuruburi să nu provoace fisuri, găurirea în coca din titan a navei creează, de asemenea, o oportunitate ca rugina pe metal să apară mai rapid.

Titanul este mai puțin susceptibil la rugină decât fierul și cuprul, dar culoarea corpului navei nu este titan pur, ci mai degrabă ca un aliaj de titan, așa cum promovează OceanGate, sau un material de oțel dur similar cu cel folosit de Marina SUA pentru submarine.

Procesul de înfășurare a fibrei de carbon în jurul corpului navei Titan. Sursa: OceanGate

OceanGate ar putea folosi un aliaj în loc de titan pur pentru a realiza coca, reducând costurile de fabricație, dar și făcând-o mai susceptibilă la rugină. În acest caz, locațiile șuruburilor ar fi întotdeauna primele care ruginesc, ducând la riscul de răspândire și slăbire a structurii înconjurătoare.

Probabil că OceanGate a avut șuruburi suplimentare adăugate la cocă, deoarece era transformată pentru a transporta turiști și trebuia să instaleze mai multe echipamente de observare. În plus, sudurile cadrului ușilor erau destul de nefinisate, fără nicio protecție suplimentară împotriva ruginii sau coroziunii, similar cu designul ferestrelor de pe balconul unei case.

În tehnologia materialelor, partea inferioară a sudurii este cea mai susceptibilă la rugină și deteriorare structurală din cauza contactului a cel puțin două materiale diferite.

Riscul acestei metode este chiar mai mare decât cel al metodei de prindere cu șuruburi. Sudura poate avea o legătură metalică care duce la răspândirea rapidă a ruginii din cauza coroziunii electrochimice atunci când este expusă la umiditate ridicată. Pentru a limita riscul, producătorul poate acoperi aceste suduri cu o peliculă subțire anti-abraziune și anticoroziune pentru a proteja materialul și structura în condiții de expunere la mediu, dar nu există dovezi că OceanGate a implementat această măsură de siguranță.

Designul Titan din brevetul original OceanGate arată că nava se bazează pe prima generație a submersibilelor de adâncime Alvin DSV, care este încă în uz astăzi. În loc să utilizeze forma sferică tradițională pentru a optimiza capacitatea de a rezista la presiunea din toate direcțiile, dl. Rush a transformat Titanul într-un tub pentru a găzdui mai mulți pasageri.

Cele două laturi ale borcanului sunt fabricate din titan, în timp ce cadrul cilindric central este învelit în straturi de fibră de carbon cu grosimea de aproximativ 13 cm. Cilindrul central este conceput să suporte forța principală, în timp ce aceasta este zona în care s-a intervenit prin șuruburi și sudură.

Designul submersibilului OceanGate prezintă două capete și un inel din titan, care întărește punctul de conectare. Grafică: Oceanliner Designs

Învelișul de carbon cu grosimea de 13 cm poate ajuta nava să-i crească rezistența la presiunea externă, dar, în mod accidental, îi crește și fragilitatea și face mai dificilă observarea fisurilor foarte mici din interiorul structurii straturilor.

Îmbinările dintre corpul tubului și capul și coada din titan nu sunt imprimate 3D dintr-un singur lot, ci sunt sudate împreună folosind un mecanism de etanșare, creând riscul de slăbire a cadrului mecanic. Structura generală este foarte fragilă din cauza utilizării multor materiale diferite, inclusiv fibră de carbon, titan și sticlă acrilică. Fiecare material are o rezistență, o dilatare și o fragilitate diferite în același mediu.

Acesta este și motivul pentru care tehnologia de imprimare 3D este preferată pentru fabricarea caroseriilor navelor spațiale, chiar dacă este de multe ori mai scumpă decât metoda de asamblare. Cu această tehnologie, producătorii trebuie să imprime 3D o singură dată pentru a avea un produs complet, indiferent cât de complex este designul, fără sudură sau șuruburi, contribuind la reducerea riscului pentru structura generală.

În brevetul său, OceanGate menționează că a testat submersibilul Titan în siguranță la presiuni de 5.000 - 6.000 psi (de 400 de ori presiunea atmosferică). Această presiune de testare este echivalentă cu presiunea la care s-ar confrunta submersibilul la o adâncime de 4.000 de metri.

Însă, în ceea ce privește procesul de evaluare a siguranței, aceasta este o eroare extrem de gravă. Producătorul are responsabilitatea de a se asigura că produsul poate rezista la condiții de multe ori mai severe decât cele din utilizarea obișnuită. OceanGate ar fi trebuit să se asigure că Titanul poate rezista la o presiune de cel puțin 8.000-10.000 psi înainte de a-i permite să funcționeze regulat la 6.000 psi, în loc să-i permită să transporte turiști la nivelul maxim, conform rezultatelor testelor.

Tacticile de marketing ale OceanGate pentru Titan și pachetele sale de croazieră de expediție au ridicat, de asemenea, întrebări cu privire la efectuarea inspecțiilor de siguranță la standardele internaționale.

Resturi de la submersibilul Titan au fost aduse în portul Saint John, Canada, pe 28 iunie. Fotografie: AP

OceanGate a susținut că submersibilul său este atât de nou încât depășește standardele obișnuite de siguranță și nu poate fi inspectat de nicio agenție. Pe de altă parte, OceanGate folosește conceptul nedemonstrat de „aliaj de titan - fibră de carbon” în brevetul său, în loc să definească clar materialul ca fiind „aliaj de titan” și nu compozit pur de titan și fibră de carbon și nici fibră de carbon pură.

De fapt, producătorii pot folosi materiale noi, mai rezistente, mai durabile și mai dure, dar trebuie să asigure întotdeauna standarde de siguranță peste minim. Renovarea „fă-o singur” și stabilirea propriilor standarde de siguranță au întotdeauna potențialul de a provoca accidente.

Articolul reprezintă opiniile autorului Dang Nhat Minh, în prezent doctorand la Centrul pentru Ingineria Avansată a Suprafețelor Materialelor (ARC SEAM) al Consiliului Australian de Cercetare, cu sediul la Universitatea de Tehnologie Swinburne din Melbourne.

Dang Nhat Minh

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