Vermoeiingsberekeningen en schadeberekeningen met complexe belastingen

In grote aandrijfsystemen en in aandrijftechniek met een lange levensduur leiden criteria zoals transporteerbaarheid, kostprijs, dynamische belasting en grootte-beperkingen vaak tot vermoeiings-kritische ontwerpen. Huygens heeft uitgebreide expertise ontwikkeld in het ontwerpen van componenten en constructies waar vermoeiing beperkend is.

Vermoeiingsberekeningen worden analytisch uitgevoerd in het geval van gestandaardiseerde situaties. De afbeelding toont een deel van een vermoeiingberekening van een aandrijfas in MathCAD volgens DIN 743.

Aan de andere kant van het spectrum, met betrekking tot de complexiteit voor vermoeiings-berekeningen, liggen situaties waarbij belastingen in intensiteit en richting variëren in complexe patronen. Vermoeiing wordt dan beoordeeld door schade van een reeks terugkerende cycli (tijdsreeksen) op te tellen. Een concreet voorbeeld betreft een getijdenturbine. Een belastingcyclus die daar speelt komt voort uit rotatie van de bladen in een niet-uniforme stroming. De stroming is niet uniform vanwege zowel oppervlaktegolven als vanwege afnemende snelheid van de stroming naarmate men de bodem nadert.

De vermoeiingsberekening wordt gemaakt door bij ieder stapje in iedere belasting-cyclus de spanning op ieder knooppunt van de mesh aan het oppervlak van het component te projecteren op vlakken die lokaal normaal zijn aan het oppervlak van het component. Deze spanningen worden gebruikt in een telling van voorvallen in gestandaardiseerde spanningsbereiken (zgn “rainflow counting”). De schade wordt daarna berekend door de tellingen in ieder bereik te combineren via een voorgeschreven methode (typisch via Palmgren-Miner).