Технологии / Техническое руководство
Усталостные циклы ветроустановки: размах, среднее значение и подсчёт
История изменяющейся нагрузки содержит больше информации, чем её наибольшее значение. При описании усталости различают размах цикла, среднее значение и число повторений. Подсчёт этих циклов — один этап, а установление их связи с повреждением материала — другой.
Спектр циклов — это описание, а не срок службы сам по себе.
Величину, характеризующую нагружение, метод подсчёта и модель материала следует рассматривать раздельно. При экстраполяции зарегистрированной истории за её собственные границы важны продолжительность и допущения модели.
01 / Характеристики цикла
Размах и амплитуда отличаются в два раза.
Для простого цикла с максимумом σ_max и минимумом σ_min размах равен σ_max − σ_min, амплитуда — половине этого размаха, а среднее значение — половине их суммы.
Для простого цикла с максимальным напряжением σ_max и минимальным напряжением σ_min размах равен σ_max − σ_min, амплитуда — половине этого размаха, а среднее значение — половине их суммы. Укажите используемый знак и компоненту напряжения.
Гипотетический цикл от −4 до +12 MPa имеет размах 16 MPa, амплитуду 8 MPa и среднее значение 4 MPa. Эти значения вымышлены; они не определяют напряжения в лопасти или допустимые условия усталостного нагружения.
02 / Нерегулярная история нагружения
Не все реверсы нагрузки соответствуют одинаковым циклам.
Нерегулярная последовательность может содержать вложенные отклонения различной величины.
Нерегулярная последовательность может содержать вложенные отклонения разной величины. Подсчёт циклов методом дождевого потока задаёт способ описания циклов по размаху, среднему значению и количеству, вместо того чтобы считать каждый зарегистрированный пик одинаковым событием.
MathWorks описывает эти различные выходные величины. Дискретизация, фильтрация и обработка неполных временных записей влияют на представленную запись. Число циклов нельзя путать с числом отсчетов данных или оборотов ротора.
03 / Зависимость для материала
Требуется совместимая модель повреждений для спектра нагрузок.
Зависимость усталостной долговечности от напряжения связывает заданное напряжённое состояние с соответствующим числом циклов при указанных характеристиках материала и условиях испытаний.
Зависимость долговечности от напряжения связывает заданное напряжённое состояние с представленным числом циклов при указанных условиях материала и испытаний. Направление, среднее напряжение, окружающая среда и определение отказа могут влиять на эту зависимость.
Кривая для одного материала или типа нагружения не является универсальной кривой срока службы ротора. Спектр сил также требует обоснованного преобразования, прежде чем его можно будет рассматривать как спектр локальных напряжений в материале.
04 / Сумма повреждений
Линейный индекс основывается на сильных предположениях.
В простой модели Palmgren–Miner: D = Σn_i/N_i.
В простой модели Palmgren–Miner D = Σn_i/N_i. Здесь n_i — подсчитанное число циклов в группе, а N_i — соответствующее расчетное число циклов до разрушения при заданных условиях. Это линейная модель накопления повреждений, а не прямое измерение остаточного ресурса.
В вымышленном примере с двумя группами 50/500 плюс 100/2,000 даёт D = 0.15. Знаменатели гипотетические. Это число не подтверждает остаточный ресурс 85% и не разрешает эксплуатацию компонента.
05 / Влияние истории нагружения
Подсчёт не сохраняет все характеристики, связанные с причинами.
Гистограмма циклов представляет временную историю в сжатом виде.
Гистограмма циклов сжимает временную историю. При таком сжатии может теряться часть информации о последовательности, изменяющихся состояниях и взаимодействиях. Если отклик материала зависит от этих особенностей, линейное суммирование по группам может не отражать его поведение полностью.
Аналогично, экстраполяция короткой истории наблюдений на годы добавляет допущения о будущих условиях и повторяемости событий. Продолжительность наблюдений и их репрезентативность — отдельные вопросы, отличные от математической операции подсчёта.
06 / Область рассмотрения
Для усталости композитов необходимо соответствующее ей описание.
Разные направления в материале и механизмы разрушения могут требовать разных подходов к интерпретации усталости.
Различные направления в материале и механизмы разрушения могут требовать разных подходов к интерпретации усталости. Кажущийся небольшим пик по сравнению со статической прочностью не является полной оценкой повторного нагружения.
Здесь не приводятся кривая усталости, порог повреждения или срок службы MARSTON. руководство по напряжениям объясняет границы применимости величины; эта страница описывает циклы и логику модели, не приводя процедуры испытания или обслуживания.
Продолжите рассмотрение с помощью Напряжения, деформации и направленность свойств композита лопасти ветроустановки.
Продолжите рассмотрение с помощью Формы собственных колебаний и собственные частоты лопастей ветроустановки.
Продолжите рассмотрение с помощью Возмущение потока башней ветроустановки и циклическое нагружение лопастей.
Дополните анализ подсчёта циклов с помощью поправка на среднее напряжение при усталости.
Общие сведения: MathWorks: подсчёт циклов, размахи и средние значения · MathWorks: понятия зависимости долговечности от напряжения и моделей накопления повреждений. Эти источники объясняют отраслевые понятия; они рассматриваются отдельно от применимой документации MARSTON на продукцию и проект.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Размах цикла | σ_max − σ_min | Не то же самое, что амплитуда. |
| Амплитуда | Размах/2 | Сохраняйте принятые правила знаков и выбора компоненты. |
| Среднее значение | (σ_max + σ_min)/2 | Отличается от одной лишь величины цикла. |
| Подсчёт циклов методом дождевого потока | Частота встречаемости по размаху/среднему значению | Не количество отсчётов и не автоматически определяемое количество оборотов ротора. |
| D = Σn_i/N_i | Показатель линейной модели накопления повреждений | Не является измеренным процентом остаточного ресурса. |
Инженерные вопросы.
Равен ли размах амплитуде?
Нет. Для указанного простого цикла амплитуда равна половине размаха.
Является ли каждый оборот ротора одним циклом усталости?
Не во всех случаях; циклы определяются историей нагружения и рассматриваемой величиной для компонента.
Может ли показатель максимального значения описывать усталость?
Нет. Размах, среднее значение, число циклов и отклик материала также имеют значение.
Доказывает ли D = 0.15 наличие 85% остаточного ресурса?
Нет. Это иллюстративный показатель модели с гипотетическими знаменателями.
Можно ли определить срок службы лопасти по кривой для другого материала?
Нет, без применимых исходных данных о материале и нагружении.
Позволяет ли один лишь подсчёт циклов методом дождевого потока предсказать отказ?
Нет. Это учитывает определенную историю; интерпретация повреждений требует отдельных предположений.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
История изменения нагрузки содержит больше информации, чем её максимальное значение. Предоставьте модель и применимые сведения об эксплуатации или проектировании для инженерного обсуждения.