Приложение С (справочное). Определение испытательной нагрузки

Приложение С
(справочное)

Определение испытательной нагрузки

С.1 Статическая целевая нагрузка

Диапазон нагрузок выбирают исходя из развития событий по наихудшему варианту. Направление и величину расчетных нагрузок необходимо выбирать таким образом, чтобы они перекрывали этот диапазон. Затем расчетные нагрузки необходимо уточнить с учетом погрешностей, связанных с приложением испытательной нагрузки, влиянием окружающей среды и отличием лопастей друг от друга.

В следующем примере нагрузка ограничена только нагрузками вдоль размаха лопасти и в направлении, перпендикулярном к оси несущей поверхности. Для проверки сопротивления лопасти этой нагрузке в любом запланированном состоянии необходимо вычислить результирующий вектор нагрузки. В примере на рисунке С.1 приведена диаграмма крутящего момента для типовой лопасти. Диаграмма выполнена по данным нагрузки при 10 различных условиях. Линии показывают нагрузку вдоль размаха лопасти. Результирующий вектор нагрузки определен вокруг оси лопасти с шагом 15°. Он показывает, что при испытании только по направлению вдоль размаха лопасти и в направлении, перпендикулярном к оси несущей поверхности, расчетная нагрузка не перекрывается.

Рисунок С.1 - Полярная диаграмма диапазона нагрузок типовой лопасти

С.2 Нагрузка при испытании на усталость

Для каждой испытуемой части лопасти должно быть показано, что повреждение в результате испытательной нагрузки более или равно повреждению от целевой нагрузки.

Для определения влияния системы нагрузки, она должна быть преобразована в напряжение или усилие.

Для того чтобы избежать накопления погрешностей, повреждения от испытательной и целевой нагрузок определяют идентичными методами.

На практике все части лопасти не могут быть тщательно испытаны. Критерием необходимости испытания определенных участков лопасти может быть запас прочности на данных участках.

Запас прочности выражают в виде коэффициента усталостного напряжения FSF. Это коэффициент, на который необходимо умножить нагрузку, для получения повреждения, эквивалентного единичному. Поскольку определение повреждения является нелинейным процессом, то FSF определяют итерациями. В областях с высоким коэффициентом присутствует большой запас от усталостного разрушения, поэтому необходимость испытания этих участков менее важна. Если коэффициент близок к единице, то область критична из-за усталости и требуется проведение испытания.

Для правильного испытания заданной области испытательная нагрузка должна быть не менее целевой нагрузки. Это означает, что FSF для испытания на усталостную нагрузку должен быть менее FSF для целевой усталостной нагрузки.

Соотношение между FSF целевой нагрузки и FSF испытательной нагрузки допускается определять как функцию FSF(rFSF). Коэффициент относительного усталостного напряжения rFSF вычисляют по формуле

,

(C.1)

где - коэффициент усталостного напряжения целевой нагрузки;

- коэффициент усталостного напряжения испытательной нагрузки.

Во всех областях, где FSF более единицы, лопасть должна быть испытана.

В качестве примера проводят оценку испытательной нагрузки для типовой лопасти длиной 62,5 м. Приведенный пример относят только к нагрузке лопасти в продольном направлении. Оценку испытательной нагрузки проводят для последовательного одноосевого нагружения, при котором лопасть нагружают только в плоскостном направлении и в направлении смещения. Для лопасти длиной 62,5 м напряжение вычисляют через каждые 2 м в 26 областях, распределенных по окружности хорды вдоль размаха лопасти. По результатам испытаний определяют коэффициенты FSF.

Определяют износ лопасти после 20 лет службы. FSF представлены на контурной диаграмме на рисунке С.2. В данном примере области со значением FSF менее 1,4 признают критическими.

Рисунок С.2 - Расчетный FSF

Черная линия на рисунке С.2 соединяет точки, в которых FSF равен 1,4. Области лопасти, в которых FSF менее 1,4, должны быть испытаны. Для наглядности эти области выделены красным цветом на рисунке С.3.

Рисунок С.3 - Области с расчетным FSF менее 1,4 (критические области)

Также должны быть рассмотрены области, в которых может возникнуть напряжение, например области с высокой концентрацией напряжения в болтовом соединении комеля лопасти и области между комелем лопасти и максимальной хордой.

С.3 Последовательное одноосевое нагружение

На одном участке прикладывают две отдельные циклические нагрузки. Нагрузку прикладывают на участке с радиусом, равным 40,0 м. Погрешностью, связанной с ускорением лопасти, пренебрегают. Цикличность для каждой испытательной нагрузки составляет 1 млн циклов. На рисунке С.4 приведено отношение полученного в результате испытаний и расчетного FSF. На диаграмме рисунка С.1 критические области, приведенные на рисунке С.3, выделены также черной линией. На рисунке С.4 также видны испытанные критические области, которые перегружены более чем на 30 %. Этот пример относится только к точке с одной приложенной нагрузкой без учета инерционного эффекта.

Рисунок С.4 - rFSF и критические области, последовательное одноосевое нагружение

С.4 Двухосевое нагружение

Второй пример представляет двухосевое нагружение, при котором приложена плоскостная нагрузка и нагрузка в направлении, перпендикулярном к оси несущей поверхности, со смещением фазы на 90° таким образом, что точка приложения нагрузки описывает в пространстве эллипсоидную траекторию. Контур rFSF показан вместе с критической областью, приведенной на рисунке С.5.

Рисунок С.5 - rFSF и критическая область, двухосевое нагружение

Следует отметить, что при этом нагружении испытывают значительно большую часть критической области, в то время как перегрузка в этой области ограничена 19 %. В этом примере для определения критической области выбирают значение FSF 1,4. Возможно допущение, что для обоих типов испытаний часть критической области проверена недостаточно. С учетом результатов статического испытания, можно убедиться в том, что результаты комбинированного нагружения (двухосевое) свидетельствуют, что значительная часть лопасти требует более тщательного исследования.