Die Anwendung der linearen Schadigungshypothese nach Palmgren und Miner kann bei der Dimensionierung von Tragkonstruktionen fur Windenergieanlagen zu sehr unsicheren oder unwirtschaftlichen Berechnungsergebnissen fuhren. Der tatsachlich stark nichtlineare Ermudungsprozes von Beton wird nicht ausreichend genau durch einen vereinfachten linearen Ansatz erfast. Ebenfalls konnen die Auswirkungen unterschiedlicher Belastungsreihenfolgen auf die resultierende Ermudungslebensdauer nicht berucksichtigt werden.
Daher wird aufbauend auf einem mechanisch begrundeten Ermudungsmodell aus der Literatur eine Vorgehensweise zur Beschreibung der Steifigkeits- und Schadigungsentwicklung in Beton unter mehrstufiger Ermudungsbeanspruchung entwickelt. Dieser erweiterte Modellansatz wird an das vom FE-Programm ABAQUS zur Verfugung gestellte elasto-plastische Betonmodell adaptiert und ein Spannbetonschaft fur eine Windenergieanlage der Multi-Megawattklasse numerisch untersucht.
Die Ergebnisse der numerischen Simulation zeigen deutlich den Einflus der Belastungsreihenfolge auf die Ermudungslebensdauer, und das sich im Querschnitt durch Spannungsumlagerungen erheblich geringere Ermudungsschadigungen ergeben als Berechnungen ohne Spannungsumlagerungen.
Damage calculation at a prestressed concrete tower for a Wind Energy Converter subjected to multi-stage fatigue loading
The application of a linear damage accumulation law devised by Palmgren and Miner for dimensioning constructions of Wind Energy Converters could lead to very unsafe or uneconomical calculation results. The real high non-linear fatigue behaviour of concrete is not considered sufficiently by a simplified linear damage model. Additionally effects of different orders of load cycles to the resulting fatigue life are not represented as well.
Based on a mechanical damage model available in literature a proceeding is established to determine the stiffness and damage evolution in concrete under multi-stage fatigue loading. This extended damage approach is associated with the elastic-plastic material model for concrete providing in the FE-Program ABAQUS and subsequently a numerical investigation at a prestressed concrete tower for a multi-megawatt wind turbine is performed.
The results of the numerical simulation indicate obviously the influence of the order of load cycles to the fatigue life and that due to alterations of stress distributions a significant lower fatigue damage state occurs compared with calculation results without stress alterations.
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