Поскольку мировые тенденции электрификации приводят к появлению всё большего количества электрических самолётов, транспортных средств и прочих промышленных машин, возрастает и потребность в более надёжных способах производства электроэнергии. Для обеспечения бесперебойной работы генераторных установок на протяжении нескольких десятилетий при минимальном техническом обслуживании необходимо выполнять точные усталостные расчёты.

Газовая генераторная установка, создаваемая компанией Cummins, на этапе проведения испытаний

Первой, как правило, отказывает опорная рама генераторной установки. Это и не удивительно, ведь рама должна выдерживать не только вес установки, но и вибрации двигателя.

На практике, срок службы генераторной установки зачастую определяется именно сроком службы её опорной рамы. Однако для выполнения точного усталостного расчёта необходимы достоверные данные о нагрузках, а именно, зависимости относительных деформаций в критических местах конструкции от времени. Получить их с достаточной точностью обычно бывает непросто.

Чтобы решить эту проблему, инженеры компании Cummins использовали модели корреляции относительных деформаций, реализованные в программном продукте True-Load от компании Wolf Star Technologies, созданном для использования в рамках прочностного расчёта в модуле Ansys Mechanical.

Для выполнения усталостного расчёта необходима точная история нагружения

Рекомендуемое расположение тензодатчиков, полученное в программном продукте True-Load

Кривые, характеризующие усталостную долговечность, обычно представляются в виде графиков в двойном логарифмическом масштабе, и ошибка в 15…20% в относительных деформациях может вылиться в 200% ошибку при расчёте ожидаемого срока службы опорной рамы генераторной установки.

Это означает, что используемый ранее компанией Cummins метод определения относительных деформаций по экспериментальным данным об ускорениях, получаемых с акселерометров, оказывается недостаточно точным для выполнения усталостных расчётов.

Программный продукт True-Load позволяет определить оптимальное расположение тензодатчиков на испытываемой генераторной установке на основании результатов расчёта конечно-элементной модели в программном продукте Ansys Mechanical. Затем True-Load позволяет выполнить обратный расчёт напряжённого состояния во всех точках рамы по экспериментальным данным.

Используя этот метод, компании Cummins удалось повысить точность и скорость прогнозирования зависимостей относительных деформаций от времени путём интеграции программных продуктов True-Load, Ansys SpaceClaim Direct Modeler и Ansys Mechanical.

Определение оптимального расположения тензодатчиков

Первые главные относительные деформации, полученные в программном продукте True-Load

Для создания расчётной модели сначала производится упрощение геометрии опорной рамы при помощи программного продукта SpaceClaim. При этом удаляются зазоры и мелкие грани, которые бы при построении сетки привели к слишком большому количеству конечных элементов.

Затем при помощи программного продукта Ansys Mechanical был выполнен модальный расчёт опорной рамы генераторной установки. В результате расчёта были получены 24 формы колебаний, которые затем были переданы в программный продукт True-Load для определения оптимального расположения тензодатчиков.

Установив тензодатчики в рекомендуемых точках, компания Cummins смогла определить напряжённо-деформированное состояние опорной рамы с точностью, достаточной для выполнения её усталостного расчёта. Такой подход к усталостным расчётам позволит обеспечить надёжное производство электроэнергии. Более детальную информацию об этом вы можете найти в статье «Less Pain to Predict Strain» (на английском языке).

Источник: ansys.com
Автор: Richard Mitchell