Technologia / Poradnik techniczny
Cykle zmęczeniowe turbiny wiatrowej: zakres, wartość średnia i zliczanie
Historia zmiennego obciążenia zawiera więcej informacji niż jego największa wartość. W opisach zmęczenia rozróżnia się zakres cyklu, wartość średnią i liczbę wystąpień. Zliczanie tych cykli to jeden etap; powiązanie ich z uszkodzeniem materiału to kolejny.
Widmo cykli jest opisem, a samo w sobie nie określa trwałości.
Wielkość opisującą obciążenie, metodę zliczania i model materiału należy rozpatrywać oddzielnie. Czas trwania i założenia modelu mają znaczenie przy ekstrapolowaniu zarejestrowanego przebiegu poza jego własny zakres.
01 / Miary cyklu
Rozstęp i amplituda różnią się dwukrotnie.
Dla prostego cyklu z maksymalnym σ_max i minimalnym σ_min, zakres wynosi σ_max − σ_min, amplituda jest połową tego zakresu, a średnia to połowa ich sumy.
Dla prostego cyklu o wartości maksymalnej σ_max i minimalnej σ_min zakres wynosi σ_max − σ_min, amplituda jest połową tego zakresu, a wartość średnia jest połową ich sumy. Podaj zastosowaną konwencję znaku i składową naprężenia.
Hipotetyczny cykl od −4 do +12 MPa ma rozstęp 16 MPa, amplitudę 8 MPa i wartość średnią 4 MPa. Są to wymyślone wartości; nie określają naprężeń łopaty ani dopuszczalnych warunków zmęczeniowych.
02 / Nieregularny przebieg
Nie wszystkie nawroty obciążenia odpowiadają jednakowym cyklom.
Nieregularna sekwencja może zawierać zagnieżdżone wychylenia o różnych wielkościach.
Nieregularna sekwencja może zawierać zagnieżdżone wychylenia o różnych wielkościach. Zliczanie cykli metodą rainflow zapewnia określony sposób opisu cykli za pomocą zakresu, wartości średniej i liczby wystąpień, zamiast traktowania każdego spróbkowanego szczytu jako identycznego zdarzenia.
MathWorks dokumentuje te różne wartości wyjściowe. Procesy próbkowania, filtrowania i obróbki niekompletnych danych wpływają na przedstawiony zapis. Liczba cykli nie powinna być mylona z liczbą próbek danych ani obrotów wirnika.
03 / Związek materiałowy
Widmo obciążeń wymaga zgodnego z nim modelu uszkodzeń.
Zależność naprężenie–trwałość wiąże określony stan naprężenia z reprezentowaną liczbą cykli w podanych warunkach materiałowych i badawczych.
Zależność naprężenie–trwałość wiąże określony stan naprężenia z przedstawioną liczbą cykli przy podanych warunkach materiałowych i warunkach badań. Kierunek, naprężenie średnie, środowisko i definicja uszkodzenia mogą wpływać na tę zależność.
Krzywa dla jednego materiału lub rodzaju obciążenia nie jest uniwersalną krzywą trwałości wirnika. Widmo siły również wymaga uzasadnionego przekształcenia, zanim będzie można traktować je jako widmo lokalnych naprężeń w materiale.
04 / Suma uszkodzeń
Liniowy wskaźnik opiera się na silnych założeniach.
W prostym modelu Palmgren–Miner obowiązuje D = Σn_i/N_i.
W prostym modelu Palmgren–Miner D = Σn_i/N_i. Tutaj n_i to zliczona liczba wystąpień w grupie, a N_i to odpowiadająca jej modelowa liczba cykli do zniszczenia w określonych warunkach. Jest to liniowy model kumulacyjny, a nie bezpośredni pomiar pozostałej trwałości.
W wymyślonym przykładzie z dwiema grupami 50/500 plus 100/2,000 daje D = 0.15. Mianowniki są hipotetyczne. Liczba ta nie oznacza 85% pozostałej trwałości ani nie upoważnia do eksploatacji elementu.
05 / Wpływ historii obciążenia
Wynik zliczania nie zachowuje wszystkich cech przyczynowych.
Histogram cykli stanowi skondensowany opis przebiegu czasowego.
Histogram cykli stanowi skompresowany zapis przebiegu czasowego. Podczas tej kompresji mogą zostać utracone niektóre informacje o kolejności, zmieniających się stanach i interakcjach. Jeśli odpowiedź materiału zależy od tych cech, liniowa suma po grupach może nie odzwierciedlać pełnego zachowania.
Podobnie ekstrapolacja krótkiej historii na lata wprowadza założenia dotyczące przyszłych warunków i występowania zdarzeń. Czas trwania obserwacji i jej reprezentatywność są odrębnymi kwestiami od matematycznej operacji zliczania.
06 / Zakres
Zmęczenie kompozytów wymaga odpowiedniego opisu.
Różne kierunki materiałowe i mechanizmy awarii mogą wymagać różnych interpretacji zmęczenia.
Różne kierunki w materiale i mechanizmy uszkodzenia mogą wymagać różnej interpretacji zmęczenia. Pozornie niewielka wartość szczytowa w porównaniu z wytrzymałością statyczną nie stanowi pełnej oceny obciążeń powtarzalnych.
Nie podano tutaj krzywej zmęczeniowej, progu uszkodzenia ani trwałości eksploatacyjnej urządzeń MARSTON. poradnik dotyczący naprężeń wyjaśnia granice znaczenia tej wielkości; ta strona opisuje cykle i logikę modelu, nie podając procedury badania ani obsługi serwisowej.
Kontynuuj przegląd, korzystając z Naprężenia, odkształcenia i kierunkowość kompozytu łopaty turbiny wiatrowej.
Kontynuuj przegląd, korzystając z Postacie drgań i częstotliwości własne łopat turbin wiatrowych.
Kontynuuj przegląd, korzystając z Zaburzenia przepływu przez wieżę turbiny i cykliczne obciążenie łopat.
Rozszerz analizę zliczania cykli o korekcja naprężenia średniego w analizie zmęczeniowej.
Informacje ogólne: MathWorks: Liczby cykli, zakresy i wartości średnie · MathWorks: pojęcia dotyczące modeli trwałości naprężeniowej i kumulacji uszkodzeń. Źródła wyjaśniają koncepcje branżowe; są odrębne od właściwych dokumentów produktów i projektów MARSTON.
Kluczowe pojęcia i warunki.
Odczytuj każdą wielkość wraz z odniesieniem, jednostkami i podanymi warunkami. Ogólna zależność nie ustala wartości właściwej modelowi.
| Pojęcie / wielkość | Znaczenie / zależność | Warunki / ograniczenia |
|---|---|---|
| Rozstęp cyklu | σ_max − σ_min | To nie to samo co amplituda. |
| Amplituda | Rozstęp/2 | Zachowaj konwencję znaku i składowej. |
| Wartość średnia | (σ_max + σ_min)/2 | To coś innego niż sama wielkość cyklu. |
| Zliczanie cykli metodą rainflow | Liczba wystąpień według zakresu/wartości średniej | Nie jest to liczba próbek ani automatycznie liczba obrotów wirnika. |
| D = Σn_i/N_i | Wskaźnik liniowego modelu kumulacyjnego | Nie jest to zmierzony procent pozostałej trwałości. |
Pytania techniczne.
Czy zakres jest równy amplitudzie?
Nie. W przypadku podanego prostego cyklu, amplituda jest połową zakresu.
Czy każda rotacja wirnika liczy się jako jeden cykl zmęczenia?
Nie w każdym przypadku; historia obciążenia i wielkość opisująca dany element określają cykle.
Czy wartość szczytowa może opisać zmęczenie?
Nie. Znaczenie mają również zakres, wartość średnia, liczba cykli i odpowiedź materiału.
Czy D = 0.15 dowodzi, że pozostało 85% trwałości?
Nie. Jest to przykładowy wskaźnik modelowy z hipotetycznymi mianownikami.
Czy krzywa dla innego materiału może określić trwałość łopaty?
Nie bez odpowiedniej podstawy uwzględniającej materiał i obciążenie.
Czy sama metoda zliczania cykli rainflow pozwala przewidzieć uszkodzenie?
Nie. Zlicza cykle w określonym przebiegu; interpretacja uszkodzeń wymaga odrębnych założeń.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Zmienny przebieg obciążenia w czasie zawiera więcej informacji niż jego największa wartość. Udostępnij model oraz odpowiednie informacje eksploatacyjne lub projektowe do dyskusji inżynierskiej.