Tecnologia / Guida tecnica
Correzione della tensione media nella fatica delle turbine eoliche
Due cicli di sollecitazione possono avere la stessa ampiezza ma valori medi diversi della tensione di trazione. Una correzione della tensione media riconduce queste diverse condizioni cicliche a una relazione di fatica di riferimento; non genera i dati mancanti del materiale.
Separa il centro di un ciclo dalla sua parte alternante.
La correzione si riferisce a un modello di fatica e a una misura della sollecitazione dichiarati. Comprendere questo limite di applicabilità è più importante che scegliere il nome di una curva familiare.
01 / Grandezze del ciclo
Un ciclo ha più di un descrittore della tensione meccanica.
Per un ciclo di tensione meccanica scalare, σm = (σmax + σmin)/2 e σa = (σmax −σmin)/2.
Per un ciclo di tensione meccanica scalare, σm = (σmax + σmin)/2 e σa = (σmax −σmin)/2. La prima individua il centro del ciclo; la seconda ne indica la semiescursione. Non sono intercambiabili, anche quando entrambe sono espresse in MPa.
Un ciclo ipotetico da 20 a 60 MPa ha una media di 40 MPa e un'ampiezza di 20 MPa. Un secondo ciclo da −20 a 20 MPa ha la stessa ampiezza e media nulla. Confrontare soltanto le loro escursioni elimina questa differenza. Si tratta di cicli scalari illustrativi, non di tensioni misurate su pale o flange.
02 / Stato di riferimento
Una curva di fatica è già associata a determinate condizioni.
Una relazione tensione-vita associa una grandezza di tensione meccanica definita e una condizione del ciclo a un numero di cicli osservato o modellato.
Una relazione tensione-vita associa una grandezza di tensione definita e una condizione di ciclo a un numero di cicli osservato o modellato. Il riferimento può essere specificato mediante la tensione media o mediante un rapporto di carico R = σmin/σmax. R è indefinito quando il suo denominatore è zero.
La correzione della tensione media è necessaria solo in relazione a quel riferimento. Se i dati di fatica descrivono già la dipendenza pertinente, applicare un'altra correzione può conteggiare due volte lo stesso effetto. Per il ciclo e per la curva di riferimento deve essere usata la stessa definizione di tensione locale.
03 / Diagramma di Haigh
Leggi la media e l'ampiezza come due coordinate.
Un diagramma di Haigh riporta la tensione media su un asse e l'ampiezza sull'altro.
Un diagramma di Haigh riporta la tensione media su un asse e l'ampiezza sull'altro. Una curva a vita costante scelta descrive combinazioni alle quali quel modello assegna la stessa vita. La sua forma dipende dal materiale e dal modello, non dal fatto di tracciare gli assi.
Una variazione verticale aumenta l'ampiezza a valore medio costante; una variazione orizzontale sposta il valore medio ad ampiezza costante. Spostarsi lungo una curva di livello è diverso dall'avvicinarsi a un limite statico di resistenza a trazione. Questa distinzione geometrica evita che un'intercetta corrispondente alla resistenza ultima venga scambiata per un limite di fatica.
04 / Correzione lineare
Le ipotesi di una relazione di tipo Goodman.
Per un modello lineare convenzionale di Goodman con tensione media di trazione, sia Su una resistenza ultima a trazione ipotizzata e Sa0 un'ampiezza di riferimento a tensione media nulla.
Per un modello di Goodman lineare convenzionale con tensione media di trazione, si assuma Su come resistenza ultima a trazione ipotizzata e Sa0 come ampiezza di riferimento a media nulla. La curva σa/Sa0 + σm/Su = 1 fornisce l'ampiezza equivalente a media nulla σa,eq = σa/(1 −σm/Su).
Con i valori ipotetici σa = 20 MPa, σm = 40 MPa e Su = 200 MPa, σa,eq è 25 MPa. Il risultato deriva dalla retta ipotizzata. Non è una penalizzazione a fatica misurata, un valore di resistenza di MARSTON o una prova che il modello sia appropriato per una pala in materiale composito.
05 / Altre relazioni
Modificare una curva modifica la mappatura.
Una relazione lineare per la tensione media di trazione e una relazione di interazione curva assegnano ampiezze equivalenti diverse allo stesso punto.
Una relazione lineare per la tensione media di trazione e una relazione di interazione curva assegnano ampiezze equivalenti diverse allo stesso punto. La coincidenza all'intercetta a tensione media nulla non rende identiche le loro previsioni al di fuori di essa. La relazione scelta richiede evidenze per il materiale e il regime di carico.
Anche nell'esempio lineare, un denominatore che si avvicina a zero fa crescere la trasformazione senza limiti. Ciò segnala il limite di quella costruzione idealizzata vicino all'intercetta statica; non giustifica l'estrapolazione a una durata effettiva. Le tensioni medie di compressione e le sollecitazioni multiassiali richiedono un trattamento specifico.
06 / Limiti relativi alla durata
Un'ampiezza corretta è solo uno dei dati di ingresso.
Un'ampiezza equivalente deve comunque essere correlata a una curva di fatica appropriata.
Un'ampiezza equivalente deve comunque essere correlata a una curva di fatica appropriata. Una storia di carico variabile richiede anche un'interpretazione in termini di cicli e un modello di danno. Conteggio dei cicli di fatica identifica i cicli; non ne stabilisce autonomamente la sensibilità alla tensione media.
La sola conferma del GFRP non fornisce né una curva di fatica direzionale né una relazione di correzione validata. Contano l’orientamento delle fibre, lo stato di sollecitazione e il meccanismo di cedimento. La correzione qui spiegata rimane quindi un modello condizionale, distinto dalla durata del prodotto, dall’affidabilità e i criteri di cedimento dei compositi.
Guide tecniche correlate: Carico ciclico dei bulloni e fatica delle flange · Criteri di cedimento delle pale composite: spiegazione · Meccanica di distacco e taglio nei giunti adesivi.
Informazioni generali: COMSOL — Correzione per la tensione media. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Tensione media | (σmax + σmin)/2 | Centro del ciclo |
| Ampiezza della tensione meccanica | (σmax −σmin)/2 | Metà dell'intervallo di tensione meccanica scalare |
| Rapporto di carico | R = σmin/σmax | Richiede un valore massimo diverso da zero. |
| Curva di Haigh | Relazione tra media e ampiezza. | Vita assegnata in condizioni specificate |
| Ampiezza equivalente | Mappatura dipendente dal modello. | Di per sé non indica la durata a fatica né una proprietà del materiale |
Domande ingegneristiche.
Ampiezze di sollecitazione uguali possono avere effetti diversi sulla fatica?
Sì. La tensione media può differire e il suo effetto dipende dal materiale e dalle condizioni di carico.
Una correzione di Goodman predice direttamente la durata?
No. Associa un ciclo a un'ampiezza di riferimento all'interno di un modello scelto; è comunque necessaria una relazione di fatica appropriata.
La resistenza ultima a trazione è un limite di fatica?
No. Descrivono risposte diverse e non possono essere sostituite l'una con l'altra.
Posso applicare l'equazione per la tensione media di trazione a ogni ciclo di compressione?
No. L'esempio fornito non dimostra la validità di tale estensione.
GFRP identifica una correzione universale per la tensione media?
No. La fatica dei compositi dipende dalla struttura direzionale, dallo stato di sollecitazione e dal meccanismo di cedimento.
La correzione della tensione media deve essere applicata due volte?
No. Innanzitutto, verificare se i dati di riferimento o il modello includono già la dipendenza rilevante.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
Due cicli di sollecitazione possono avere la stessa ampiezza ma valori medi di tensione di trazione diversi. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.