Kestomagneettikoneen roottorin väsymisanalyysi

Abstract

Työn tavoitteena oli luoda työkalu kestomagneettikoneiden roottoreiden väsymisen analysointia varten. Työkalu toteutettiin siten, että siihen voidaan liittää oikeasta koneesta mitattu kuormitusdata, sekä tarvittavat materiaalitiedot. Kuormitusdata muunnetaan työkalussa jännityshistoriaksi käyttämällä elementtimenetelmän avulla laskettavaa skaalauskerrointa. Kestoiän laskemiseen analyysityökalu käyttää jännitykseen perustuvaa menetelmää sekä rainflowmenetelmää ja Palmgren-Minerin kumulatiivista vauriosääntöä. Lisäksi työkalu tekee tutkittavalle tapaukselle Smithin väsymislujuuspiirroksen. Edellä mainittujen menetelmien lisäksi työn teoriaosassa esiteltiin väsymisanalyysimenetelmistä myös paikalliseen venymään perustuva menetelmä sekä murtumismekaniikka. Nämä menetelmät jäivät monimutkaisuutensa vuoksi toteuttamatta työkalussa. Väsymisanalyysityökalulla laskettiin kestoiät kahdelle esimerkkitapaukselle. Kummassakin tapauksessa saatiin tulokseksi ääretön kestoikä, mutta aksiaalivuokoneen roottorin dynaaminen varmuus oli pieni. Vaikka tulokset vaikuttavat järkeviltä, ne olisi vielä hyvä verifioida esimerkiksi kaupallisen ohjelmiston avulla täyden varmuuden saamiseksi.

The objective of this thesis was to make a tool for analyzing fatigue in permanent magnet machine rotors. The analysis tool uses measured load history and material data to calculate fatigue life. The measured load history is transformed into stress history by using a scale factor calculated with finite element method. For fatigue life calculation the analysis tool uses stress-life approach, rainflow cycle counting method and the Palmgren-Miner cumulative damage rule. Also a fatigue strength diagram (Smith diagram) is created by the analysis tool. In the theory part of the thesis strain based method and fatigue crack growth method were also introduced. These two methods were not used in fatigue life calculations mainly because of the complexity of the methods. With the analysis tool, two different permanent magnet motor rotors were analyzed. In both cases infinite fatigue lives were achieved but dynamic safety of the axial flux machine rotor was very small. Even though the fatigue analysis tool seems to give reasonable results, they should be verified, for example with a commercial fatigue analysis program.