Berechnung von Wechselspannungen aus Ermüdungsereignissen mit konstanter Amplitude

Ein Ereignis, das durch eine einzelne Ermüdungslast definiert ist

• Vollständig umgekehrt: Das Programm setzt an allen Knoten die Wechselspannung gleich dem entsprechenden Spannungswert in der statischen Referenzstudie multipliziert mit dem Skalierungsfaktor. Während die Größe der Mindest- und Höchstwerte der Spannungskomponenten gleich ist, wirken sie jedoch in die entgegengesetzte Richtung.

• Auf Null basierend: Das Programm setzt an allen Knoten die Wechselspannung gleich der Hälfte des entsprechenden Spannungswerts in der statischen Referenzstudie multipliziert mit dem Skalierungsfaktor. Ein Maximum wird der statischen Referenzstudie entnommen, und das andere Maximum wird gleich 0 gesetzt.

• Benutzerdefiniertes Lastverhältnis: Angenommen, das benutzerdefinierte Lastverhältnis lautet R. Das Programm entnimmt ein Maximum der Referenzstudie (unter Berücksichtigung des angegebenen Skalierungsfaktors) und berechnet das andere Maximum durch Multiplikation des ersten Maximums mit R. Anschließend wird die Spannungsgröße berechnet, die im Dialogfeld Ermüdung ausgewählt wurde. Daraufhin erfolgt die Berechnung der Wechselspannung anhand der Formel |S*(1 - R)|/2. Dabei ist S das Maximum der Spannungskomponente in der statischen Referenzstudie.

Ein einzelnes Ereignis, das durch mehrere Ermüdungslasten definiert ist

Das Programm berechnet die Wechselspannungen der einzelnen Knoten durch Berücksichtigung der summierten Spitzenwerte verschiedener Ermüdungslasten. Die Ermüdungslasten können sich auf eine oder mehrere statische Studien beziehen.

Angenommen, Sie haben Ermüdungslasten mithilfe der Studien A, B und C mit den Skalierungsfaktoren FA, FB und FC festgelegt, um ein Ereignis zu definieren. Das Programm berechnet die Wechselspannung und das zugehörige Spannungsverhältnis an einem Knoten wie folgt:

• SA*FA, SB*FB und SC*FC. Dabei beziehen sich SA, SB und SC auf die Werte der Spannungskomponenten am Knoten für die Studien A, B bzw. C. Das Programm berechnet die zugehörigen Werte für die Komponenten SX, SY, SZ, TXY, TXZ und TYZ.

• Anschließend werden die Unterschiede der zur Berechnung der Wechselspannungen angegebenen Spannungsgrößen für alle möglichen Kombinationen aus Spannungsspitzen berechnet und die Kombination bestimmt, die die größte Spannungsschwankung verursacht.

• Daraufhin wird die mit dem Ereignis verbundene Wechselspannung berechnet, indem der Spannungsschwankungsbereich durch zwei geteilt wird.

• Nun berechnet das Programm das Spannungsverhältnis auf Grundlage der berechneten Spannungsextremwerte (Smin und Smax).

• Wenn mehrere Wöhlerkurven mit unterschiedlichen Spannungsverhältnissen definiert sind, verwendet das Programm die lineare Interpolation, um die genaue Anzahl von Zyklen für die berechnete Wechselspannung und das Spannungsverhältnis zu extrahieren.

• Wenn eine einzelne Wöhlerkurve mit dem Mittelwert 0 festgelegt und eine Korrekturmethode für die Mittelspannung ausgewählt wird, verwendet das Programm die korrigierte Wechselspannung in Bezug auf die Wöhlerkurve.

Mehrere Ereignisse

Die Berechnung von Wechselspannungen für mehrere Ereignisse hängt davon ab, ob die Ereignisse zufällig oder unabhängig voneinander eintreten. Verfügbar ist diese Option im Dialogfeld „Ermüdung“.

Keine Interaktion zwischen den Ereignissen

Das Programm berechnet die Wechselspannung, wie oben beschrieben, für jeden Lasttyp getrennt.

Beliebige Interaktion zwischen den Ereignissen

Das Programm berechnet die maximale Wechselspannung unter Berücksichtigung aller möglichen Kombinationen von Ermüdungslasten an allen Knoten. Anhand der Miner-Regel und des „ASME Boiler and Pressure Vessel Codes“ wird dann ein Satz modifizierter Ermüdungsereignisse definiert.

Mit diesem Ansatz wird ein höherer Schadensfaktor als bei der sequenziellen Anwendung der definierten Ereignisse vorhergesagt, sofern die Spannungsspitzen aus verschiedenen Ereignissen nicht nur geringfügig abweichen. In diesen Fällen wird empfohlen, zwei verschiedene Studien auszuführen, eine Studie mit keiner Interaktion zwischen den Ereignissen und die andere mit beliebiger Interaktion. Die Ergebnisse zeigen unter Umständen, dass eine Version an einigen Stellen zu einem höheren Schaden führt, während die andere Version an anderen Stellen einen höheren Schaden ergibt.  

Beispiel 1

Benutzerdefinierte Ereignisse

Ereignis 1: 8000 Zyklen mit einer Wechselspannung zwischen 900 psi und -400 psi

Ereignis 2: 2000 Zyklen mit einer Wechselspannung zwischen 700 psi und -700 psi

Modifizierte Ereignisse

Ereignis 1: 2000 Zyklen mit einer Wechselspannung von (900 + 700)/2 = 800 psi

Ereignis 2: 6000 Zyklen mit einer Wechselspannung von (900 + 400)/2 = 650 psi

Beispiel 2

Benutzerdefinierte Ereignisse

Ereignis 1: 8000 Zyklen mit einer Wechselspannung zwischen 900 psi und -400 psi

Ereignis 2: 2000 Zyklen mit einer Wechselspannung zwischen 700 psi und -402 psi

Modifizierte Ereignisse

Ereignis 1: 2000 Zyklen à 900 psi mit einer Wechselspannung von (900 + 402)/2 = 651 psi

Ereignis 2: 6000 Zyklen à 900 psi mit einer Wechselspannung von (900 + 400)/2 = 650 psi

Der Ansatz, bei dem die Ereignisse unabhängig voneinander berücksichtigt werden, ist in diesem Fall wahrscheinlich zuverlässiger.

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