Banco y métodos de ensayos dinámicos y estáticos para una pluralidad de especímenes laminados.

Banco y métodos de ensayos dinámicos y estáticos de especímenes.

El banco comprende una viga (11), dos soportes (13, 15) de los extremos de la viga (11), un dispositivo de aplicación de carga (17, 19) sobre dicha viga (11). La viga está configurada con al menos una superficie de sujeción de especímenes y una resistencia superior a la máxima resistencia operable de dichos especímenes al modo o modos de fallo provocados al aplicar carga sobre la viga (11). Los métodos de ensayo comprenden pasos de: fijar los especímenes (30) en las superficies de sujeción de especímenes (21, 23) de la viga (11) de dicho banco de ensayo en posiciones predeterminadas; aplicar una carga estática o dinámica sobre la viga (11) en una posición predeterminada de la misma hasta provocar el fallo de todos los especímenes (30); identificar para cada espécimen (30) el modo y la carga de fallo.

CAMPO DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a bancos de ensayo y métodos de ensayos dinámicos y estáticos de especímenes de aplicación, en particular, en la validación de palas de aerogeneradores.

ANTECEDENTES

Debido a las dimensiones, complejidad y precio de las palas de aerogeneradores, el coste de validarlas con únicamente ensayos de palas completas se hace prohibitivo, tanto técnica como económicamente.

Por ello en la industria eólica -y análogamente en otras industrias-se sigue la metodología building block approach que consiste en dividir la campaña de ensayos en diferentes bloques. Se empieza ensayando los materiales previstos para la pala de aerogenerador, se continúa con ensayos de subcomponentes de la pala (ensayos a media escala) y finalmente se realizan ensayos de la pala entera (ensayos a escala completa) .

El diseño y desarrollo de cada bloque de ensayos se sustenta en lo aprendido en el bloque anterior. De esta forma, no es necesario ensayar todas las variables en los bloques finales gracias a los resultados obtenidos en los bloques previos, reduciéndose, por tanto, el número de ensayos a realizar en los últimos bloques, que son más costosos en tiempo y dinero que los correspondientes a los bloques iniciales.

La metodología building block approach permite pues mitigar los riesgos técnicos y económicos. Siguiendo esa metodología se empiezan a detectar modos de fallo y a validar partes de la pala de aerogenerador objeto de análisis mucho antes de la fabricación de la primera unidad reduciendo la probabilidad

de que aparezcan modos de fallo inesperados en las etapas finales del desarrollo de la misma. No obstante lo anterior, el coste involucrado por los ensayos necesarios para validar el diseño de una pala de aerogenerador -y análogamente nuevos 5 productos en otras industrias-sigue siendo muy grande. La presente invención está orientada a la solución de ese problema.

SUMARIO DE LA INVENCiÓN

lOEsun objeto de la presente invención proporcionar un banco de ensayo y unos métodos de ensayos que permitan reducir la duración y el coste de los ensayos necesarios para validar una pala de aerogenerador y otros productos industriales. En un primer aspecto, el objeto mencionado se consigue con un banco de ensayos multi-espécimen que comprende una viga, dos soportes de los extremos de la viga y, al menos, un dispositivo (estático o dinámico) de aplicación de carga sobre dicha viga. La configuración de la viga permite que los especímenes objeto de ensayo puedan quedar sujetos a la viga (preferentemente mediante pegado) para que la carga aplicada directamente a 2 O la viga por dicho dispositivo pueda ser transmitida a los especímenes que estén sujetos a ella hasta provocar su fallo y la re-utilización de la viga en diversos ensayos al tener una resistencia mayor que la mayor carga de fallo esperada de los especímenes. Se proporciona pues un banco de ensayo apto para ensayos multi-espécimen en unas condiciones de contorno apropiadas dado que la carga no se aplica directa sino indirectamente sobre los especímenes. Ventajosamente la viga está configurada con una sección transversal en forma de doble T o de cajón.

En un segundo aspecto, el objeto antes mencionado se consigue con un método para la realización de ensayos estáticos de una pluralidad de 3O especímenes de materiales diferentes, utilizando un banco de ensayo con las características mencionadas, que comprende pasos de: fijar los especímenes

en las superficies de sUJeclon de especímenes de la viga en posiciones

predeterminadas; aplicar al menos una carga estática de valor creciente sobre

la viga en una posición predeterminada de la misma hasta provocar el fallo de

todos los especímenes; identificar para cada espécimen el modo y la carga de

5 fallo. Este método de ensayo multi-espécimen permite reducir sustancialmente

los costes de los ensayos estáticos que tienen que realizarse a los materiales

utilizados en la fabricación de palas de aerogeneradores y otros productos

industriales.

En un tercer aspecto, el objeto antes mencionado se consigue con un

10 método para la realización de ensayos de fatiga de una pluralidad de

especímenes, utilizando un banco de ensayo con las características

mencionadas anteriormente que comprende pasos de: fijar los especímenes en

las superficies de sujeción de la viga en posiciones predeterminadas; aplicar la

carga dinámica sobre la viga en una posición predeterminada de la misma

15 hasta provocar el fallo de todos los especímenes; identificar para cada

espécimen la carga de fatiga que provoca el fallo. Este método de ensayo multi

espécimen permite reducir sustancialmente los costes de los ensayos de fatiga

de los materiales utilizados en la fabricación de palas de aerogeneradores y

otros productos industriales.

2 O Este método puede aplicarse tanto a una pluralidad de especímenes del

mismo material para, particularmente, obtener el diagrama S-N del material

como a una pluralidad de especímenes de materiales diferentes para obtener

sus cargas de fatiga.

En ensayos orientados a la validación de palas de aerogeneradores, los

25 especímenes objeto de ensayo pueden ser tanto laminados con la estructura

estándar de un componente de la pala, como laminados con la estructura

específica de una zona particular de un componente de la pala, o laminados con

modificaciones respecto a la estructura estándar de un componente del

producto.

Otras características deseables y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención y de las reivindicaciones, en relación con las Figuras adjuntas.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Las Figuras 1 a y 1 b muestran esquemáticamente dos bancos de ensayos según la invención para realizar ensayos estáticos de especímenes de palas de aerogeneradores.

La Figura 2 muestra esquemáticamente un banco de ensayos según la invención para realizar ensayos de fatiga de especímenes de palas de aerogeneradores.

Las Figuras 3a y 3b son vistas en sección transversal de dos realizaciones de la viga de un banco de ensayos según la invención.

La Figura 4 muestra esquemáticamente la disposición del banco de ensayos de la Figura 1 para realizar un ensayo estático con ocho especímenes de laminados de material compuesto.

La Figura 5 muestra esquemáticamente la disposición del banco de ensayos de la Figura 1 para realizar un ensayo de fatiga con ocho especímenes de laminados de material compuesto.

Las Figuras 6c-6d muestran la obtención de un diagrama S-N utilizando un método según la invención.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCION

El banco de ensayos La Figura 1 a ilustra un banco de ensayos según la invención que comprende una viga 11, dos soportes 13, 15 donde se articulan los extremos de la viga 11 y un dispositivo 17 que permite la aplicación de una carga estática F en el centro de la viga 11 (típicamente un actuador lineal) .

La única diferencia del banco de ensayos ilustrado en la Figura 1 b con el

banco de ensayos de la Figura 1a es que el dispositivo 17 (que tiene dos

actuadores) permite la aplicación de dos cargas estáticas F en posiciones

intermedias de la viga 11.

5

La Figura 2 ilustra un banco de ensayos según la invención que

comprende una viga 11, dos soportes 13, 15 donde se articulan los extremos de

la viga 11 y un dispositivo 19 que permite aplicar cíclicamente cargas F, F' de

sentido opuesto en el centro de la viga 11.

En los bancos de ensayos ilustrados en las Figuras 1 a, 1 b Y 2, la viga 11

10 no es el espécimen objeto de ensayo sino un componente de dichos bancos

que, como veremos más adelante, tiene las funciones de servir de medio de

sujeción a los especímenes objeto de ensayo y de transmitirles la carga o

cargas F aplicada por el dispositivo 17, 19.

La viga 11 está configurada con un resistencia a todos los modos de

15 fallo muy superior a la de los especímenes a ensayar y, preferentemente, con

una sección transversal en forma de doble T o en forma de cajón como se

ilustra en las Figuras 3 y 3b al objeto de disponer de dos superficies de sujeción

de especímenes 21, 23.

En el caso de bancos de ensayos orientados a la validación de palas de

2 O aerogeneradores se estima que la longitud de la viga 11 debe ser de al menos

10m y que la anchura mínima de las superficies de sujeción de especímenes

21 , 23...

1. Banco de ensayos para una pluralidad de especímenes laminados que comprende una viga (11) , dos soportes (13, 15) de los extremos de la viga (11) y, al menos, un dispositivo de aplicación de carga (17, 19) sobre dicha viga (11) , en el que:

-la viga (11) está configurada con una sección transversal en forma de doble T o en forma de cajón, siendo sus superficies superior e inferior (21, 23) las superficies de sujeción de especímenes al objeto de que la carga aplicada directamente a la viga (11) por dicho dispositivo (17, 19) pueda ser transmitida a los especímenes laminados que estén sujetos a ella;

-la viga (11) está configurada con una resistencia superior a la máxima resistencia esperable de dichos especímenes laminados al modo o modos de fallo provocados al aplicar carga sobre la viga (11) , de manera que una misma viga (11) pueda ser usada en diferentes ensayos.

2. Banco de ensayos según la reivindicación 1, en el que:

-las superficies de sujeción superior e inferior (21, 23) de la viga (11) determinan unas dimensiones compatibles con las de los especímenes (30) laminados de materiales compuestos con estructura estándar de un componente de una pala de aerogenerador; o con modificaciones estructurales respecto a la estructura estándar de un componente de una pala de aerogenerador, siendo dichas modificaciones estructurales una o más de entre los solapes de telas, cambios en la dirección de la fibra, separación entre telas;

o con estructura específica de una zona particular de un componente de una pala de aerogenerador, comprendiendo dicha estructura específica una o más de entre un orificio, un cambio de espesor, una zona de transición entre configuraciones diferentes

-dicho dispositivo de aplicación de cargas (17, 19) es uno de los siguientes: un actuador estático, un actuador dinámico.

3. Método para la realización de ensayos estáticos de una pluralidad de especímenes (30) de materiales diferentes en un banco de ensayos como el descrito en las reivindicaciones 1 y 2, que comprende los siguientes pasos:

a) fijar los especímenes (30) en las superficies de sujeción de especímenes (21, 23) de la viga (11) en posiciones predeterminadas; b) aplicar al menos una carga estática de valor creciente sobre la viga (11) en una posición predeterminada de la misma hasta provocar el fallo de todos los especímenes (30) ; c) identificar para cada espécimen (30) el modo y la carga de fallo.

4. Método para la realización de ensayos de fatiga de una pluralidad de especímenes (30) en un banco de ensayos como el descrito en las reivindicaciones 1 y 2, que comprende los siguientes pasos:

a) fijar los especímenes (30) en las superficies de sujeción de especímenes (21, 23) de la viga (11) en posiciones predeterminadas;

b) aplicar dicha carga dinámica sobre la viga (11) en una posición predeterminada de la misma hasta provocar el fallo de todos los especímenes (30) ;

c) identificar para cada espécimen (30) la carga de fatiga que provoca el fallo.

5. Método para la realización de ensayos de fatiga según la reivindicación 4, en el que todos los especímenes (30) son del mismo material y en el que el paso c) también comprende la obtención del diagrama S-N del material de los especímenes (30) con los datos de tensiones y deformaciones obtenidos durante el ensayo hasta que se produce su fallo.

6. Método para la realización de ensayos según cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en el que la fijación de los especímenes (30) laminados a la viga (11) de la etapa a) se realiza mediante un adhesivo apto para evitar que

el modo de fallo de los especímenes (30) durante la realización del ensayo sea su separación de la viga (11) .