Technologie / Guide technique
Cycles de fatigue des éoliennes : étendue, moyenne et comptage
Un historique de charge variable contient plus d’informations que sa valeur maximale. Les descriptions de la fatigue distinguent l’étendue des cycles, leur valeur moyenne et leur nombre d’occurrences. Compter ces cycles est une étape ; les relier à l’endommagement du matériau en est une autre.
Un spectre de cycles est une description, pas une durée de vie à lui seul.
La grandeur de chargement, la méthode de comptage et le modèle de matériau doivent rester distincts. La durée et les hypothèses du modèle sont importantes lorsqu'on prolonge un historique enregistré au-delà de son propre périmètre.
01 / Grandeurs caractérisant les cycles
L’étendue et l’amplitude diffèrent d’un facteur de deux.
Pour un cycle simple de maximum σ_max et de minimum σ_min, l’étendue vaut σ_max − σ_min, l’amplitude est la moitié de cette étendue et la moyenne est la moitié de leur somme.
Pour un cycle simple de maximum σ_max et de minimum σ_min, l’étendue est σ_max − σ_min, l’amplitude est la moitié de cette étendue et la moyenne est la moitié de leur somme. Précisez le signe et la composante de contrainte utilisés.
Un cycle hypothétique de −4 à +12 MPa présente une étendue de 16 MPa, une amplitude de 8 MPa et une moyenne de 4 MPa. Ces valeurs sont inventées ; elles n’établissent ni une contrainte dans une pale ni une condition de fatigue admissible.
02 / Historique irrégulier
Les inversions ne décrivent pas toutes des cycles équivalents.
Une séquence irrégulière peut contenir des excursions imbriquées de différentes tailles.
Une séquence irrégulière peut contenir des excursions imbriquées de différentes tailles. Le comptage rainflow fournit une méthode définie pour décrire les cycles par leur étendue, leur moyenne et leur nombre, plutôt que de traiter chaque pic échantillonné comme un événement identique.
MathWorks documente ces grandeurs de sortie distinctes. L’échantillonnage, le filtrage et le traitement des historiques incomplets influencent l’enregistrement représenté. Un nombre de cycles ne doit pas être confondu avec un nombre d’échantillons de données ou de tours du rotor.
03 / Relation du matériau
Un spectre de charge nécessite un modèle d’endommagement compatible.
Une relation contrainte-durée de vie relie un état de contrainte spécifié à un nombre de cycles représenté, dans des conditions de matériau et d'essai données.
Une relation contrainte-durée de vie relie une condition de contrainte spécifiée à un nombre de cycles représenté, dans des conditions de matériau et d’essai définies. La direction, la contrainte moyenne, l’environnement et la définition de la défaillance peuvent influencer cette relation.
Une courbe propre à un matériau ou à un type de chargement n’est pas une courbe universelle de durée de vie du rotor. Un spectre de forces nécessite également une transformation justifiée avant de pouvoir être traité comme un spectre de contraintes locales dans le matériau.
04 / Somme des endommagements
Un indice linéaire repose sur des hypothèses fortes.
Dans un modèle Palmgren–Miner simple, D = Σn_i/N_i.
Dans un modèle simple de Palmgren–Miner, D = Σn_i/N_i. Ici, n_i est le nombre d’occurrences comptées dans un groupe et N_i la capacité correspondante en cycles modélisée dans les conditions spécifiées. Il s’agit d’un modèle cumulatif linéaire, et non d’une mesure directe de la durée de vie restante.
Pour un exemple inventé impliquant deux groupes, 50/500 plus 100/2,000 donne D = 0.15. Les dénominateurs sont hypothétiques. Ce chiffre ne permet pas d'établir la durée de vie restante de 85%, ni d'autoriser l'utilisation d'un composant.
05 / Effets de l’historique
Le comptage ne retient pas toutes les caractéristiques causales.
Un histogramme des cycles condense un historique temporel.
Un histogramme de cycles condense un historique temporel. Certaines informations sur la séquence, les changements d’état et les interactions peuvent être perdues lors de cette compression. Si la réponse du matériau dépend de ces caractéristiques, une somme linéaire par groupes peut ne pas représenter l’intégralité du comportement.
De même, extrapoler un historique court sur plusieurs années ajoute des hypothèses sur les conditions futures et la survenue des événements. La durée d'observation et la représentativité sont distinctes de l'opération mathématique de comptage.
06 / Périmètre
La fatigue des composites nécessite une description adaptée.
Différentes orientations des matériaux et mécanismes de défaillance peuvent nécessiter différentes interprétations de la fatigue.
Les différentes directions du matériau et les différents mécanismes de défaillance peuvent nécessiter des interprétations différentes de la fatigue. Un pic apparemment modeste par rapport à une résistance statique ne constitue pas une évaluation complète des chargements répétés.
Aucune courbe de fatigue, aucun seuil d'endommagement ni aucune durée de vie MARSTON ne sont fournis ici. Le guide sur les contraintes explique la délimitation de la grandeur ; cette page décrit les cycles et la logique du modèle sans procédure d’essai ou de maintenance.
Poursuivez l’examen avec Contraintes, déformations et propriétés directionnelles des composites de pales d'éoliennes.
Poursuivez l’examen avec Déformées modales et fréquences propres des pales éoliennes.
Poursuivez l’examen avec Perturbation due à la tour de l’éolienne et chargement cyclique des pales.
Compléter l’examen du comptage des cycles avec correction de la contrainte moyenne en fatigue..
Contexte général : MathWorks : comptages de cycles, étendues et moyennes · MathWorks : notions relatives aux modèles contrainte-durée de vie et de dommage cumulé. Ces références expliquent des concepts du secteur ; elles sont distinctes des documents MARSTON applicables au produit et au projet.
Concepts clés et conditions.
Interpréter chaque grandeur avec sa référence, ses unités et les conditions indiquées. Une relation générale ne permet pas d’établir une valeur propre à un modèle.
| Concept / grandeur | Signification / relation | Conditions / limites |
|---|---|---|
| Étendue du cycle. | σ_max − σ_min | Pas la même chose que l'amplitude. |
| Amplitude | Étendue/2 | Conservez la convention de signe et de composante. |
| Moyenne | (σ_max + σ_min)/2 | Différent de la simple mesure de l'ampleur du cycle. |
| Comptage rainflow | Occurrences selon l’étendue et la moyenne | Ni le nombre d’échantillons ni, automatiquement, le nombre de tours du rotor. |
| D = Σn_i/N_i | Indice de modèle cumulatif linéaire. | Ce n’est pas un pourcentage mesuré de durée de vie restante. |
Questions d’ingénierie.
L’étendue est-elle égale à l’amplitude ?
Non. Pour le cycle simple indiqué, l’amplitude est la moitié de l’étendue.
Est-ce que chaque révolution du rotor compte comme un cycle de fatigue ?
Pas dans tous les cas ; l’historique de charge et la grandeur considérée pour le composant définissent les cycles.
Peut-on utiliser une valeur maximale pour décrire la fatigue ?
Non. L’étendue, la moyenne, le nombre de cycles et la réponse du matériau comptent également.
D = 0.15 prouve-t-il une durée de vie restante de 85% ?
Non. Il s’agit d’un indice illustratif du modèle, avec des dénominateurs hypothétiques.
La courbe d'un autre matériau peut-elle déterminer la durée de vie d'une pale ?
Non, pas sans une base applicable concernant le matériau et le chargement.
Le comptage rainflow suffit-il à lui seul à prédire la défaillance ?
Non. Cela effectue un comptage sur un historique défini ; l’interprétation des dommages nécessite des hypothèses distinctes.
Demande technique
Discutons de la question technique.
Un historique de charge variable contient plus d'informations que sa valeur maximale. Communiquez le modèle et les informations de fonctionnement ou de conception applicables pour une discussion technique.