Micromechanics Investigation of Wind Turbine Blade Fatigue Behavior Considering Multi-Axial Loading
Notice bibliographique
Résumé
The effects of complex stress states are not typically taken into account for determining the fatigue life of thin-walled structures made of composite materials, such as wind turbine blades. Fatigue life predictions, as per state-of-the-art standard design codes, account only for normal stresses, neglecting the contribution of shear stresses and the fact that the failure in the spar-cap region of a wind turbine blade is dominated by axial load. This is due to either misconceptions, a lack of experimental data and theoretical models suitable for design work. Many mechanical tests are required to fully characterize the composite laminates made of various materials and having different layup sequences under many load combinations of in-plane stress tensor components. A micromechanics approach called the Micro Level Approach (MLA) was developed to reduce the number of tests by using fatigue properties of the constituents, i.e. the fiber, the matrix and the interface. This fatigue life prediction methodology of composite laminates can handle multi-axial loading. The MLA is composed of three sub models to account for the stress in the constituents. For the matrix, the equivalent stress model, which is generally used for isotropic materials, was employed to take care of multi-axial fatigue loading. For the fiber, a maximum stress model considering only stress along the fiber direction was used. A critical plane model is introduced for the interface of the fiber and matrix. The modified Goodman approach is then utilized to take into account the mean stress effects. In order to validate the proposed methodology, fatigue tests on three different Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) laminates, unidirectional transverse (UDT) laminate, bi-axial (BX) laminate, and tri-axial (TX) laminate were performed. The predictions from MLA are compared with the experimental data and it is found that the predictions are in good agreement with the test data. A comprehensive example is also presented for the case of wind turbine rotor blade composite laminates. An initial estimate of the effect of neglecting shear stresses in fatigue life calculations is provided based on the MLA predictions. It was concluded that the life predictions could be reduced by 20 times with respect to situations where only the in-plane axial normal stress component was used in calculations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».