Kestomagneettikoneen roottorin väsymisanalyysi
Veiste, Tommi (2011)
Diplomityö
Veiste, Tommi
2011
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201109275593
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201109275593
Tiivistelmä
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.
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.
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.