ES2945718T3

ES2945718T3 - Dispositivo para el ensayo estructural

Info

Publication number: ES2945718T3
Application number: ES18796929T
Authority: ES
Inventors: Malo Rosemeier; Alexandros Antoniou
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2038-11-02
Also published as: CA3081471C; EP3704460B1; WO2019086636A1; CA3081471A1; DK3704460T3; DE102017219592A1; US20200255121A1; PL3704460T3; PT3704460T; US11524765B2; EP3704460A1

Abstract

La invención se refiere a un banco de pruebas que comprende un soporte (19, 25) que está conectado de forma móvil a una pared (18, 18', 18 "), una base, un marco (26) del banco de pruebas u otra parte del banco de pruebas. estar de pie y se puede mover en un camino predeterminado; un actuador (22) que está conectado al soporte y por medio del cual se puede mover el soporte (19, 25) en la trayectoria predeterminada, dos dispositivos de sujeción (13) que comprenden respectivamente una rótula, en donde uno de los dos dispositivos de sujeción (13) se fija al soporte (19, 25) y el otro de los dos dispositivos de sujeción (13) se dispone en un eje (10) con el primero de los dos dispositivos de sujeción (13), de manera que un cuerpo de prueba (1) está sujeto entre los dos dispositivos de sujeción (13) en las superficies exteriores del cuerpo de prueba y puede ser mantenido por los dispositivos de sujeción (13), y una fuerza de prueba ejercida por un cuerpo de prueba al mover el soporte (19, 25) a través del primero de los dos dispositivos de sujeción (13) actúa esencialmente a lo largo del eje (10). El cuerpo de prueba se fija por medio de un elemento elástico (23) para limitar una rotación del cuerpo de prueba alrededor del eje (10). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo para el ensayo estructural

La invención se refiere a un banco de ensayo para el ensayo estructural, en particular para el ensayo estructural de subcomponentes de aerogeneradores, como componentes de palas de rotor de aerogenerador.

Las palas de rotor de aerogenerador están expuestas a fuertes cargas y a un desgaste durante su funcionamiento. La optimización del rendimiento con la mayor seguridad posible representa un gran reto en la construcción de aerogeneradores y, en particular, en el desarrollo de las palas del rotor. Para ello, deberían conocerse las propiedades elásticas, como el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia, el alargamiento a la rotura, es decir, la capacidad de carga y la deformabilidad plástica y elástica, y otros valores estructurales de la pala del rotor. Para ello, las probetas, por ejemplo, los componentes de las palas del rotor de aerogenerador se sujetan en un banco de ensayo y se someten a cargas de tracción o compresión. Por ejemplo, pueden registrarse curvas características y puede establecerse a qué fuerzas o deformaciones se rompe o falla la probeta. Debido a la longitud de las palas del rotor, que a menudo supera los 30 m, el ensayo con las palas implica un gran esfuerzo técnico, económico y de tiempo. A esto hay que añadirle la complicada construcción de las palas del rotor. Las palas de rotor a menudo están construidas de varios materiales en modo híbrido y/o de manera anisotrópica, es decir, tienen diferentes propiedades elásticas en distintas direcciones espaciales, por ejemplo, y presentan cavidades, escotaduras y/o refuerzos. Las pruebas de material a nivel de cupón no pueden utilizarse para probetas de este tipo, ya que los valores característicos dependen en gran medida de la estructura y no pueden calcularse simplemente a partir de los valores característicos del material. Para realizar condiciones de carga realistas en el procedimiento de ensayo, la dirección y el punto de aplicación de las fuerzas introducidas juegan un papel importante. Estas condiciones realistas pueden generarse en particular en las pruebas de subcomponentes. A este respecto, las pruebas de subcomponentes son más fáciles de realizar y controlar que las pruebas de hoja completa porque las dimensiones de las probetas son más pequeñas. Las simulaciones por ordenador pueden utilizarse como apoyo, pero no pueden sustituir las pruebas de estrés en bancos de ensayo.

Según el estado de la técnica, se miden subcomponentes de aerogeneradores, por ejemplo, componentes de palas de rotor con dimensiones de unos pocos metros. Preferentemente varios componentes se extraen de diferentes puntos de la pala de rotor y se miden en bancos de ensayo. A partir de esto, pueden sacarse conclusiones sobre el comportamiento de toda la pala del rotor. Para ello, se simulan condiciones para el subcomponente que corresponden a las condiciones que existen cuando el subcomponente está dispuesto en la pala del rotor y esta última está bajo carga. Para lograr una carga de este tipo en el subcomponente, se realiza una introducción de fuerza de ensayo en los extremos del subcomponente en puntos de sujeción previamente calculados, que representan los puntos de introducción de fuerza que se seleccionan de manera que una carga ejercida sobre el subcomponente corresponde precisamente a la carga que experimentaría el subcomponente a una carga determinada de toda la pala del rotor.

El documento CH 702812 A2 muestra un equipo para determinar las propiedades del material de tablas de snowboard o esquís o similares, en particular para determinar las propiedades mecánicas, que está destinado a ofrecer opciones de prueba universales y al mismo tiempo es simple en construcción y uso. Esto se logra porque el equipo presenta al menos un par de elementos de soporte y sujeción móviles entre sí que están dispuestos de manera que pueden desplazarse en al menos una dirección axial, preferentemente juntos, y están dispuestos para girar alrededor su eje longitudinal.

El documento DE 102008 048 131 A1 muestra un equipo de medición de cojinetes de rueda para registrar la fuerza de rozamiento en un cojinete de rueda que está determinado para un automóvil. En este caso, los errores de medición se eliminan mediante diferentes medidas alternativas o acumulativas. Puede simularse una fuerza de rozamiento de magnitud conocida a través de un equipo de calibración, de modo que la señal de salida de los sensores pueda calibrarse debidamente para mediciones de una fuerza de rozamiento en un cojinete de rueda cuando el equipo de calibración está desactivado. Se ofrecen otras opciones de corrección accionando una unidad de accionamiento del equipo de medición de cojinete de rueda con un sentido de rotación diferente.

El documento GB 2548589 A muestra un dispositivo para someter a prueba paletas de palas de rotor de turbina eólica y un método correspondiente. El dispositivo comprende estructuras de apoyo primera y segunda y un actuador con el que la probeta puede doblarse cíclicamente en una primera dirección transversal. La primera y la segunda estructura de apoyo presentan detentores primero y segundo con los que pueden retenerse el extremo primero y segundo de la probeta de modo que la dirección longitudinal de la probeta se extienda entre el primer y el segundo detentor. Las estructuras de apoyo primera y segunda están dispuestas de manera que los detentores primero y segundo pueden rotar hacia una segunda dirección transversal ortogonal a la primera dirección transversal y a la dirección longitudinal de la probeta. El documento CN 107 271 283 A da a conocer un banco de ensayo para probar mecánicamente un elemento de hormigón.

Para poder cargar una probeta debidamente y poder estudiar los efectos de la acción de la fuerza, es importante proporcionar un banco de ensayo que permita sujetar una probeta de manera que la fuerza de ensayo pueda introducirse de manera eficiente y controlada en los puntos de acción deseados y en una dirección deseada en la probeta. Además, la probeta debe ser fácilmente accesible durante la prueba y sujetarse de manera que no comience a girar durante el procedimiento de ensayo para poder verificar adecuadamente los efectos de la acción de la fuerza. Además, deben reducirse las fuerzas perjudiciales sobre los dispositivos de sujeción con los que se sujetan las probetas.

Esto se consigue mediante un banco de ensayo de acuerdo con la reivindicación independiente 1. De las reivindicaciones subordinadas dependientes resultan realizaciones ventajosas.

Un banco de ensayo de este tipo presenta dos dispositivos de sujeción entre los que puede sujetarse la probeta en las superficies exteriores y por medio de los cuales se introduce una fuerza de ensayo. A continuación, la introducción de fuerza debería tener lugar a través de los dispositivos de sujeción y a lo largo de un eje que conecta los dos dispositivos de sujeción, de modo que una línea de acción de la fuerza coincida esencialmente con este eje.

Un banco de ensayo de acuerdo con la invención comprende un soporte. El soporte está unido de manera móvil, por ejemplo, a un marco del banco de ensayo, otra parte del banco de ensayo, una pared o un fondo. El soporte puede moverse a este respecto en un recorrido especificado.

El soporte está unido de manera móvil al marco del banco de ensayo, a la otra parte del banco de ensayo, a la pared o al fondo mediante un medio de conexión móvil como, por ejemplo, rodillos, cojinetes deslizantes o una o más bisagras o juntas articuladas. El recorrido en el que puede moverse el soporte está especificado mediante el medio de unión móvil respectivo.

En algunas realizaciones, el soporte está unido mediante rodillos o cojinetes deslizantes de manera que el soporte puede moverse en paralelo. En consecuencia, el recorrido especificado es un recorrido lineal.

En otras realizaciones, el soporte está unido por una o más bisagras o juntas articuladas, de manera que el soporte puede girarse alrededor de las bisagras o juntas articuladas y el recorrido especificado sigue un círculo o segmento de un círculo.

El soporte está configurado preferentemente como viga.

Un sistema de accionamiento, por ejemplo, configurado como cilindro de ensayo neumático, hidráulico o eléctrico, está unido al soporte y puede moverlo en su recorrido especificado comprimiendo o expandiendo el sistema de accionamiento.

El primero de los dos dispositivos de sujeción está fijado al soporte y el segundo de los dos dispositivos de sujeción está dispuesto en un eje con el primero de los dos dispositivos de sujeción, de modo que la probeta pueda sujetarse entre los dos dispositivos de sujeción en superficies exteriores de probeta y retenerse por los dispositivos de sujeción. Si el sistema de accionamiento mueve el soporte en su pista, se ejerce una fuerza de ensayo sobre la probeta a través del primero de los dos dispositivos de sujeción, que está fijado al soporte. Puede ejercer una fuerza de tracción o de compresión, dependiendo de si el movimiento del soporte provocado por el sistema de accionamiento y, por lo tanto, el movimiento del primero de los dos puntos de sujeción se realiza en la dirección del segundo de los dos puntos de sujeción o en la dirección contraria a estos.

Para que la fuerza de ensayo, como se requiere anteriormente, actúe esencialmente a lo largo del eje que conecta los dispositivos de sujeción, es decir, presente una línea de acción que coincida con el eje, en una realización, el soporte unido al marco del banco de ensayo mediante rodillos se desplaza en paralelo a lo largo del eje. Preferentemente, el soporte está orientado ortogonalmente al eje. En otra realización, para generar una carga de compresión, una viga que está fijada al marco, al fondo o a una pared con una bisagra y que es ortogonal al eje en una posición inicial se gira mediante el sistema de accionamiento alrededor de la bisagra, por ejemplo, en la dirección del segundo dispositivo de sujeción. El soporte normalmente no se desvía a este respecto esencialmente de su posición inicial, por lo que el eje y la línea de acción no cambian esencialmente durante la prueba.

Los puntos de sujeción en los que están fijados los dispositivos de sujeción a las superficies exteriores de probeta representan los puntos de introducción de fuerza de la fuerza de ensayo en la probeta. Por lo tanto, la fuerza de ensayo no se introduce sobre toda la superficie en las superficies exteriores, sino en los puntos de sujeción sobre los que actúan los dispositivos de sujeción. Los dispositivos de sujeción comprenden juntas de rótula o están configurados como juntas de rótula y, por lo tanto, son lo suficientemente flexibles como para que los dispositivos de sujeción puedan tolerar un torcimiento de las superficies exteriores de probeta, que puede estar asociada a una flexión de la probeta.

Las juntas de rótula que deben hacer posible un torcimiento que aparece en el ensayo de las superficies exteriores permiten una torsión de la probeta alrededor de este eje debido a la disposición de las juntas de rótula en un eje. Sin embargo, también puede ocurrir una rotación, es decir, una rotación de cuerpo rígido, alrededor de este eje. Este grado de libertad de rotación no es deseable porque, por ejemplo, los dispositivos de medición ópticos utilizados para medir magnitudes físicas bajo carga, por ejemplo, para medir la elongación, no están fijados a la probeta y, por lo tanto, el valor correspondiente ya no puede medirse cuando la probeta rota, es decir, rota como cuerpo rígido. Los dispositivos de sujeción flexibles alternativos que permiten un torcimiento de las superficies externas de probeta, pero no tienen un grado de libertad de rotación como, por ejemplo, juntas articuladas cardánicas o vigas en I, han demostrado ser desventajosos en la práctica porque, entre otras cosas, no permiten torsión alguna. Alternativamente, los dispositivos de sujeción opuestos entre sí pueden ser una junta cardán y una junta de rótula opuesta. Esto permite una torsión al menos en un extremo de la probeta.

De acuerdo con la solicitud, una rotación, es decir, la rotación de cuerpo rígido, de la probeta alrededor de un eje a lo largo de la línea de acción (por ejemplo, el eje longitudinal horizontal) debe restringirse o impedirse, sin embargo, opcionalmente aún debe ser posible un torcimiento perpendicular al eje, así como una torsión. A este respecto, un elemento elástico, por ejemplo, un resorte, impide una rotación alrededor del eje longitudinal, pero permite un torcimiento alrededor de un eje dentro del plano perpendicular al eje longitudinal.

Esto puede lograrse mediante una suspensión correspondiente del elemento elástico.

De acuerdo con la solicitud, el banco de ensayo está configurado en algunas realizaciones de manera que el eje discurre horizontalmente y la probeta se sujeta y carga a lo largo del eje horizontal.

Además, la rotación, es decir, la rotación del cuerpo rígido, de la probeta en un banco de prueba de este tipo puede impedirse mediante la gravedad adicionalmente al elemento elástico. Solo en los casos en que la probeta está configurada y sujeta de manera que la parte de la probeta situada por encima y por debajo del eje tenga la misma masa, una probeta sujeta horizontalmente de esta manera puede comenzar a rotar espontáneamente. Normalmente, para generar una carga específica, las probetas se sujetan asimétricamente para que la probeta se mueva a una posición de equilibrio en la que el centro de masa se sitúa debajo del eje. Por lo tanto, una orientación horizontal suele ser suficiente para impedir la rotación de la probeta.

En otras realizaciones, el banco de ensayo también puede estar configurado de manera que el eje discurra verticalmente y, en consecuencia, la probeta se sujete de canto y la fuerza se aplique verticalmente desde arriba. Esto puede ser ventajoso, por ejemplo, en el caso de ciertas dimensiones de probeta, por ejemplo, si una probeta determinada está menos extendida en la dirección de introducción de fuerza que en la otra dirección. Sin embargo, si no están previstos otros elementos adicionales, una probeta sujeta de esta manera puede comenzar a rotar durante la prueba. Por lo tanto, la solicitud propone proporcionar un elemento elástico, por ejemplo, configurado como un resorte, con el que la probeta se conecta a un marco del banco de ensayo o a una pared, de manera que se impide la rotación. Ventajosamente, el resorte o el elemento elástico se dispone en horizontal ventajosamente. Es ventajoso que el resorte o el elemento elástico presente la menor constante de resorte posible, de modo que la fuerza horizontal que actúa sobre la probeta por el resorte o el elemento elástico no provoque fuerzas transversales excesivamente perjudiciales en las juntas de rótula de los dispositivos de sujeción.

El elemento elástico también se utiliza en bancos de ensayo con sujeción horizontal cuando la probeta está configurada y sujeta de tal manera que pueda comenzar a rotar durante la prueba. A continuación, se describen en detalle bancos de ensayo para la sujeción horizontal y vertical de una probeta de acuerdo con la solicitud.

En una realización, en la que el banco de ensayo está configurado para sujetar la probeta de canto y someterla a carga verticalmente, el banco de ensayo comprende un marco con partes laterales verticales a las que se une el soporte, que está dispuesto horizontalmente, por medio de rodillos. A continuación, el soporte puede moverse hacia arriba y hacia abajo en paralelo gracias a los rodillos. El primero de los dos dispositivos de sujeción se sujeta al soporte preferentemente en el centro. El segundo de los dos dispositivos de sujeción está fijado al fondo debajo del primero de los dos dispositivos de sujeción de modo que el eje entre los dispositivos de sujeción discurre exactamente en vertical. En una realización, el sistema de accionamiento para mover el soporte está fijado arriba al soporte y está unido a un travesaño superior del marco. Si el sistema de accionamiento se expande, por ejemplo, el soporte se desplaza hacia abajo en paralelo y se ejerce una carga de compresión sobre la probeta. El sistema de accionamiento está ventajosamente situado en el eje extendido. En una realización también pueden estar previstos varios sistemas de accionamiento, que están dispuestos simétricamente de tal manera que el soporte continúa desplazándose en paralelo cuando ambos sistemas de accionamiento se expanden o comprimen al mismo tiempo. Por ejemplo, pueden estar previstos dos sistemas de accionamiento que estén dispuestos cerca de dos extremos opuestos del soporte, a la misma distancia del extremo respectivo del soporte.

De acuerdo con la invención reivindicada, en esta realización está previsto un resorte o un elemento elástico como apoyo, por ejemplo, de manera que la probeta esté unida a la pared o a la parte vertical del banco de ensayo y no pueda rotar.

En otra realización, en la que el banco de ensayo está configurado para sujetar una probeta verticalmente, el soporte está unido en un extremo por medio de una bisagra a una pared o una parte vertical del banco de ensayo. En su posición inicial, el soporte está alineado horizontalmente. En una zona central del soporte está dispuesto el primero de los dos dispositivos de sujeción, y el segundo de los dos dispositivos de sujeción está dispuesto en el fondo, en donde el eje que une los dos dispositivos de sujeción discurre en vertical. Ventajosamente, el sistema de accionamiento está sujeto en la parte inferior de la viga cerca de un extremo de la viga opuesto a la bisagra y está unido al fondo, por ejemplo, mediante una varilla. Como alternativa a esto, la varilla puede estar dispuesta arriba y el sistema de accionamiento abajo. La probeta se sujeta entre la pared o la parte vertical del banco de ensayo y el sistema de accionamiento. Puede generarse una carga de presión comprimiendo el sistema de accionamiento. El soporte actúa a este respecto como un brazo de palanca. Siempre que el soporte se desplace ligeramente de su posición inicial, el eje y, por lo tanto, también la línea de acción, permanecen esencialmente verticales. Si el soporte se desvía ligeramente de su posición inicial, esta desviación puede tolerarse por los dispositivos de sujeción de configuración flexible. De acuerdo con la invención reivindicada, en esta realización está previsto un resorte o un elemento elástico como apoyo, por ejemplo, de manera que la probeta esté unida a la pared o a la parte vertical del banco de ensayo y no pueda rotar.

En una primera realización, en la que el banco de ensayo está configurado para sujetar una probeta horizontalmente, el soporte está unido al fondo a través de la bisagra, y sobresale verticalmente hacia arriba. En una zona central del soporte está dispuesto el primero de los dos dispositivos de sujeción, y el segundo de los dos dispositivos de sujeción está dispuesto a la misma altura que el primero de los dos dispositivos de sujeción sobre una pared. El eje discurre entonces horizontalmente. El sistema de accionamiento está dispuesto en un extremo superior del soporte opuesto a la bisagra. El sistema de accionamiento está sujeto al soporte en el mismo lado que el dispositivo de sujeción y está unido a la pared, por ejemplo, a través de una varilla. Al comprimirse el sistema de accionamiento, se ejerce una carga de compresión sobre la probeta. El soporte se utiliza en este caso de nuevo como brazo de palanca. La alineación horizontal evita que la probeta rote. La estructura puede entenderse como una variante de la última versión mencionada girada 90 grados con una alineación vertical de probeta. En esta primera realización, la bisagra también puede conectar el soporte a otra pared en lugar de al fondo. De acuerdo con la invención reivindicada, está previsto además el elemento elástico.

En una segunda realización, en la que el banco de ensayo está configurado para sujetar una probeta horizontalmente, el soporte está unido al fondo a través de la bisagra, como en la última realización mencionada, y sobresale verticalmente hacia arriba. El primero de los dos dispositivos de sujeción está dispuesto de nuevo en una zona central del soporte, y el segundo de los dos dispositivos de sujeción en la pared, a la misma altura que el primero de los dos dispositivos de sujeción. Sin embargo, a diferencia de la última realización mencionada, el sistema de accionamiento está sujeto al soporte por el otro lado, como el primero de los dos dispositivos de sujeción, y está unido a otra pared. En esta realización, la expansión del sistema de accionamiento provoca una carga de compresión en la probeta. La distancia entre la otra pared y el soporte puede elegirse de manera que el sistema de accionamiento une la otra pared y el soporte sin que sea necesaria una varilla. En una variante de la segunda realización, la bisagra no une el soporte al fondo sino a la otra pared. La distancia entre el soporte y la otra pared se selecciona entonces de manera que la bisagra pueda estar dispuesta entre el soporte y la otra pared. En esta configuración, la distancia suele ser demasiado pequeña para proporcionar un sistema de accionamiento entre el soporte y la otra pared. Por lo tanto, el soporte tiene una forma tal que una parte superior del soporte presenta una distancia mayor con respecto a la pared que una parte inferior del soporte. Por ejemplo, el soporte presenta una pieza desplazada como parte superior, que está conectada a la parte inferior del soporte a través de un elemento horizontal o inclinado. Entonces, el sistema de accionamiento puede disponerse entre la otra pared y la pieza descentrada. De acuerdo con la invención reivindicada, está previsto además el elemento elástico.

Dependiendo del sistema de accionamiento y la carga deseada, la primera o la segunda de las dos realizaciones mencionadas anteriormente para la sujeción horizontal de probetas pueden tener ventajas. Si, por ejemplo, se desea una carga de compresión y se usa un sistema de accionamiento que es adecuado para la expansión, la segunda realización es ventajosa. Si el sistema de accionamiento está configurado para comprimir, la primera realización es ventajosa para una carga de compresión.

En las realizaciones en las que está prevista una bisagra, el soporte se utiliza como brazo de palanca al disponerse el sistema de accionamiento cerca del extremo del soporte opuesto a la bisagra. De esta forma, la acción de la fuerza puede maximizarse para una fuerza máxima dada del sistema de accionamiento. La distancia entre el sistema de accionamiento y la bisagra puede variar para este fin. De este modo, el sistema de accionamiento puede ajustarse a rangos de trabajo particularmente favorables en términos de fuerza o desplazamiento. Por ejemplo, puede emplearse un sistema de accionamiento con una fuerza nominal más pequeña que la fuerza de ensayo requerida.

En cada una de las realizaciones mencionadas anteriormente, también puede estar previsto que el banco de ensayo presente un sistema de correlación de imágenes digital. El sistema de correlación de imágenes digital está configurado preferentemente como correlación de imágenes 3D y comprende un dispositivo de medición óptica, por ejemplo, un sistema de cámara 3D con al menos dos cámaras. El sistema de correlación de imágenes digital puede estar configurado para controlar o calcular una deformación de la probeta. A este respecto se compara una posición real de puntos situados sobre la probeta con una posición inicial de estos puntos. El sistema de correlación de imágenes digital está configurado preferentemente a este respecto para registrar una rotación, es decir, una rotación del cuerpo rígido, de la probeta de al menos ±5° y, por ejemplo, hasta ±10° alrededor del eje alrededor del cual la probeta posee su grado de libertad de rotación. Por lo tanto, puede hacerse posible tolerar esta rotación. El ángulo de rotación debe entenderse a este respecto partiendo de una posición inicial de reposo de la probeta. Para ello, las cámaras pueden estar dispuestas de manera que los puntos situados sobre la probeta continúan registrándose por las cámaras si las rotaciones son menores de 5° o menores de 10° en cualquier dirección. El sistema de correlación de imágenes digital puede estar configurado para tener en cuenta estas rotaciones en un paso de procesamiento al calcular la deformación. Los valores calculados, como las posiciones reales de los puntos, pueden corregirse en consecuencia, teniendo en cuenta la rotación.

Las rotaciones en las que la probeta se desvía de una posición de reposo inicial, que corresponden a una rotación de cuerpo rígido y no se basan en una deformación de la probeta, pueden reducirse a 5° o 10°, por ejemplo, mediante el banco de ensayo mostrado. Por lo tanto, la corrección descrita de posibles rotaciones restantes del cuerpo rígido se hace posible ventajosamente mediante el sistema de correlación de imágenes descrito.

Para probetas anisotrópicas con una estructura no homogénea, como suele ser el caso de los subcomponentes de aerogeneradores, las propiedades elásticas son diferentes en diferentes direcciones. Una definición que es útil en relación con dichas probetas anisotrópicas hace referencia a la línea de centro de gravedad o la línea elástica de centro de gravedad de un cuerpo o de la probeta. Para definir la línea de centro de gravedad, primero se le asigna un eje longitudinal a la probeta. La fuerza de ensayo debe introducirse a lo largo del eje longitudinal o con una componente a lo largo del eje longitudinal de la probeta que interseca las superficies exteriores. Las superficies exteriores pueden ser ortogonales al eje longitudinal u oblicuas al mismo. El eje longitudinal puede definirse arbitrariamente y se utiliza en este caso como eje de referencia. Por ejemplo, en el caso de componentes que proceden de palas de rotor de aerogenerador, el eje longitudinal puede estar definido por la recta ortogonal a la brida de las palas de rotor. Es decir, el plano de la brida por el que las palas del rotor pueden sujetarse al buje sirve como plano de referencia. El eje longitudinal puede discurrir a este respecto, por ejemplo, por el centro de la brida. Sin embargo, también puede seleccionarse otro eje de referencia o superficie de referencia. Así, puede definirse un sistema de referencia que está fijado a la probeta.

Si la probeta se descompone en rodajas infinitesimales ortogonalmente al eje longitudinal definido, puede calcularse un centro de gravedad elástico para cada placa. El centro de gravedad elástico se define por el hecho de que un cuerpo prismático de sección transversal de la placa no experimenta un momento de flexión cuando la fuerza de ensayo actúa a ambos lados de este centro de gravedad y actúa paralelamente al eje longitudinal, ortogonal a las superficies exteriores. En el caso de cuerpos prismáticos hechos de un material homogéneo, el centro de gravedad elástico es igual al centro de gravedad de área. Los cuerpos no homogéneos con un módulo de elasticidad variable en un plano infinitesimal tienen un centro de gravedad elástico, también conocido como centro de gravedad ideal, que no corresponde al centro de gravedad de área, sino que está desplazado, por ejemplo, hacia regiones con un mayor módulo de elasticidad. Por ejemplo, el documento "Lehrbuch der Technischen Mechanik - Elastostatik, Mit einer Einführung in Hybridstrukturen" de Rolf Malinken, publicado por Springer-Verlag, Berlín y Heidelberg 2015, puede utilizarse para la teoría del cálculo de centros de gravedad ideales o elásticos generales. Alternativamente, también pueden definirse dos ejes elásticos para cada placa infinitesimal de la probeta, cuya intersección representa el centro de gravedad elástico. Para un cuerpo, puede definirse una línea de centro de gravedad elástica que discurre a través de los centros de gravedad elásticos de cada disco infinitesimal.

Pueden generarse diferentes condiciones de carga a través de una introducción específica de fuerza y la selección de los puntos de sujeción. Si la línea de acción coincide con la línea de centro de gravedad de la probeta, no se introduce ningún momento de flexión y la probeta no se dobla. En algunos casos, se desea un momento de flexión y los puntos de sujeción en la probeta se seleccionan con una excentricidad, es decir, una distancia con respecto a la línea de centro de gravedad, para introducir un momento de flexión en la probeta.

En algunas realizaciones, se proporcionan marcos de introducción de carga en las superficies exteriores de la probeta. Los marcos de introducción de carga pueden pegarse o laminarse, por ejemplo. Los puntos de sujeción ya no están directamente sobre la probeta, sino sobre el marco de introducción de carga, y la fuerza introducida se introduce en la probeta a través del marco de introducción de carga. Esto puede impedir, por ejemplo, una deformación no deseada de las superficies exteriores de probeta en los puntos de sujeción. Un marco de introducción de carga puede presentar una placa y, opcionalmente, una estructura adicional, por ejemplo, una construcción de madera, en donde la probeta puede pegarse a la estructura adicional.

En algunas versiones, al menos uno de los marcos de introducción de carga puede sobresalir más allá de la superficie exterior respectiva a la que está fijado, de modo que el punto de sujeción también puede situarse fuera de la superficie exterior de la probeta. Como resultado, la excentricidad del punto de sujeción se puede aumentar aún más seleccionando el punto de sujeción de tal manera que se encuentre en la placa fuera de la superficie exterior de la probeta.

En las figuras se muestran realizaciones a modo de ejemplo de bancos de ensayo según la solicitud.

Muestran:

Fig. 1 un banco de ensayo con rodillos y una viga que puede desplazarse en paralelo, de acuerdo con la invención reivindicada;

Fig. 2 un banco de ensayo con una bisagra y una viga giratoria para la sujeción vertical de una probeta, de acuerdo con la invención reivindicada;

Fig. 3a-c un banco de ensayo con una bisagra y una viga giratoria para la sujeción horizontal de una probeta con un sistema de accionamiento dispuesto de manera diferente, que en la realización representada (falta el elemento elástico) no corresponde a la invención reivindicada.

La Fig. 1 muestra un banco de ensayo de acuerdo con la invención reivindicada en una primera realización. Un soporte 25 configurado como viga está dispuesto horizontalmente en un marco 26. En un primer y segundo extremo del soporte, el soporte está unido de manera móvil con partes laterales verticales del marco 26 por medio de rodillos 24 y puede desplazarse hacia arriba y hacia abajo en paralelo dentro del marco sobre una pista fija. Un sistema de accionamiento 22 alineado verticalmente, que está unido a un travesaño superior del marco 26 y el soporte 25, está configurado para desplazar el soporte hacia arriba y hacia abajo en paralelo en su recorrido especificado. Una probeta 1 se dispone por debajo del soporte 25. La probeta se sujeta en dos superficies exteriores por medio de dos dispositivos de sujeción 13, que se sujetan en los puntos de sujeción 14 en la probeta o en el marco de introducción de carga instalado en la probeta, en donde un primer dispositivo superior de los dos dispositivos de sujeción 13 está sujeto al soporte 25 y un segundo dispositivo inferior de los dos dispositivos de sujeción 13, está fijado sobre el fondo de manera que un eje 10 que discurre a través de los dos dispositivos de sujeción 13 discurre en vertical. Ventajosamente, el sistema de accionamiento 22 y el dispositivo superior de los dos dispositivos de sujeción 13 están dispuestos ventajosamente en el soporte 25 centralmente en el medio entre los rodillos 24. La expansión del sistema de accionamiento 22 en la disposición de la figura 1 hace descender el soporte 25 u introduce una carga de compresión en la probeta, o la compresión del sistema de accionamiento 22 hace elevar el soporte 25 y por tanto introduce una carga de tracción. El movimiento del soporte tiene lugar en paralelo al eje 10, y una línea de acción de una fuerza de ensayo introducida de esta manera coincide con el eje 10. Si se carga una probeta como se muestra en la figura 1, un segundo borde de probeta 16 se deforma con más intensidad que un primer borde de probeta debido a la relación de la línea de centro de gravedad 12 respecto al eje 10, que coincide con la línea de acción. Dependiendo de si se presenta una carga de compresión o tracción, la probeta se comprime o estira con más intensidad en el lado del segundo borde 16 de probeta que en el lado del segundo borde 15 de probeta, siempre que la rigidez a la flexión y la rigidez axial sean constantes a lo largo del cuerpo. Esto da como resultado un retorcimiento de las superficies externas de la probeta entre sí. Por lo tanto, los dos dispositivos de sujeción 13 están configurados como juntas de rótula para poder tolerar tal torcimiento de las superficies exteriores de probeta asociado a una flexión. Dado que los dispositivos de sujeción 13 flexibles son juntas de rótula, una probeta 1 podría rotar alrededor del eje 10 si no estuviera más fijada. Por lo tanto, está previsto un elemento elástico 23, por ejemplo, configurado como resorte, que une la probeta 1 con el marco 26 y asegura la probeta contra una rotación alrededor del eje 10. El resorte se puede conectar al marco de introducción de carga 21 a lo largo de un eje, por ejemplo, en donde el eje discurre perpendicularmente fuera del plano del dibujo. De esta manera, se impide una rotación alrededor del eje 10, pero se hace posible un torcimiento perpendicular al mismo. Dado que la fuerza de retroceso requerida para evitar la rotación alrededor del eje 10 es relativamente pequeña, puede seleccionarse una constante de resorte adecuada, por ejemplo, una constante de resorte pequeña, que restrinja o impida la rotación alrededor del eje 10, pero que tolere pequeños torcimientos alrededor, por ejemplo, del eje fuera del plano de la imagen.

En las superficies exteriores de probeta, en las que se introduce la fuerza de ensayo, están dispuestos marcos de introducción de carga 21 ventajosos. Estos marcos de introducción de carga 21 están, por ejemplo, pegados a las superficies exteriores de probeta o laminados o atornillados a las superficies exteriores de probeta. Los puntos de sujeción 14 no están situados entonces directamente en las superficies exteriores de probeta, sino en el marco de introducción de carga. Como resultado, puede evitarse una deformación de las superficies exteriores de probeta mediante los dispositivos de sujeción 13. Además, el marco de introducción de carga puede sobresalir más allá de las superficies exteriores de probeta, de modo que los puntos de sujeción 14 pueden seleccionarse de modo que queden fuera de las superficies exteriores de probeta. Una línea de centro de gravedad 12 de la probeta 1 se define para un eje longitudinal 2 de la probeta 1 y discurre a través de centros de gravedad elásticos de discos infinitesimalmente gruesos en los que puede dividirse la probeta y que son ortogonales al eje longitudinal 2. La línea de acción, que discurre a lo largo del eje 10, presenta una excentricidad con respecto a la línea de centro de gravedad 12. Como resultado, se introduce un momento de flexión en la probeta 1. En el presente ejemplo de rigidez constante (ver arriba), un primer borde 15 de probeta está menos deformado que un segundo borde 16 de probeta. Debido al hecho de que los puntos de sujeción 14 están situados en el marco de introducción de carga 21, los puntos de sujeción 14 pueden estar situados fuera de las superficies exteriores de probeta para aumentar aún más la excentricidad. En el ejemplo que mostrado en la figura 1, el dispositivo superior de los dos puntos de sujeción 14 se selecciona de modo que se sitúe fuera de la superficie exterior superior de probeta, de modo que se introduce un momento de flexión particularmente grande en la parte superior, en donde la excentricidad del dispositivo inferior de los dos puntos de sujeción 14 es baja, de modo que el momento de flexión aumenta continuamente de abajo hacia arriba. Por lo tanto, la probeta 1 se inclina en consecuencia para lograr una excentricidad deseada en la parte superior e inferior. Esto permite lograr diferentes cargas. La estructura mostrada en la figura 1 también puede modificarse de manera que, en lugar de o adicionalmente al un sistema de accionamiento 22, se utilizan varios sistemas de accionamiento. Los sistemas de accionamiento están dispuestos ventajosamente de manera que el soporte 25 se carga uniforme y simétricamente. Por ejemplo, se utilizan dos sistemas de accionamiento adicionales, que se disponen a la misma distancia a la derecha y a la izquierda del sistema de accionamiento 22. El actuador puede estar sujeto firmemente por sus extremos o a través de juntas articuladas. En el caso de juntas articuladas, pueden compensarse eventuales desviaciones angulares del eje de actuador con respecto al eje 10. La viga 25 es preferentemente horizontal.

La figura 2 muestra un banco de ensayo de acuerdo con la invención reivindicada en el que, a diferencia del banco de ensayo mostrado en la figura 1, no hay ningún marco circundante. Una viga 19 está dispuesta de nuevo horizontalmente en este caso y fijada a una pared 18 con una bisagra 20. En un lado opuesto a la pared 18 y la bisagra 20, el soporte 19 está unido a un sistema de accionamiento 22, que está unido al fondo a través de una varilla 23' y está configurado para mover el soporte 19 alrededor de la bisagra 20 en una órbita desde la horizontal. Como en la Figura 1, la probeta 1 se sujeta en dos superficies exteriores por medio de dos dispositivos de sujeción 13 configurados como juntas de rótula, y el primer dispositivo, superior de los dos dispositivos de sujeción 13 está fijado al soporte 19 y el segundo dispositivo, inferior de los dos dispositivos de sujeción 13 está fijado al fondo. La probeta 1 está dispuesta así en paralelo al sistema de accionamiento 22. Por ejemplo, la compresión del sistema de accionamiento 22 introduce una carga de compresión en la probeta, o la expansión introduce una carga de tracción. En un estado inicial, el eje 10 que discurre a través de ambos dispositivos de sujeción 13 discurre en vertical. Exactamente como en el ejemplo mostrado en la figura 1, la probeta 1 puede sujetarse mediante marcos de introducción de carga 21 y puede unirse a la pared 18 a través de un elemento elástico 23 o un resorte e impedir que rote. Las excentricidades pueden seleccionarse como en el ejemplo de la figura 1, no obstante, mediante la disposición del sistema de accionamiento en este caso puede utilizarse un brazo de palanca de manera que se ejerce una fuerza de ensayo mayor. Una probeta 1 no se deforma a este respecto hasta el punto de que el soporte se mueva esencialmente desde la horizontal. La línea de acción y el eje 10 permanecen esencialmente horizontales.

La Figura 3a muestra un banco de ensayo que no pertenece a la invención reivindicada (no está previsto ningún elemento elástico en la forma de realización ilustrada), que esté construido de manera similar al banco de pruebas de la figura 2, pero en el que el eje 10 discurre en horizontal a través de los dos dispositivos de sujeción 13, en contraste con la configuración de la figura 2. La bisagra 20, alrededor de la cual puede girar el soporte 19, está ahora dispuesta en el fondo, y el sistema de accionamiento, que puede mover el soporte 19 en la pista correspondiente, está unido a través de la varilla 23' a una pared 18', en donde la probeta 1 puede sujetarse horizontalmente entre el soporte 19 y la pared 18' paralelamente al sistema de accionamiento 22, estando dispuestos dispositivos de sujeción 13 en el soporte 19 y en la pared 18', de modo que el eje 10 discurre ahora horizontalmente a través de los dispositivos de sujeción. Las excentricidades del eje 10 con respecto a la línea del centro de gravedad de la probeta 1 pueden ajustarse de nuevo en ambos extremos de la probeta 1 mediante la inclinación correspondiente. La gravedad puede asegurar que la probeta adopte una posición estable y no rote durante la prueba. Dado que las probetas son normalmente asimétricas y/o están sujetas en ángulo, existe un mínimo de potencial para exactamente una posición de la probeta.

El banco de ensayo presenta además un sistema de correlación de imágenes digital que está configurado como una correlación de imágenes en 3D e incluye un dispositivo de medición óptica con dos cámaras. El sistema de correlación de imágenes digital está configurado para controlar o calcular una deformación de la probeta. En este caso, se compara una posición real de puntos que se encuentran sobre la probeta con una posición inicial de estos puntos. El sistema de correlación de imágenes digital está configurado a este respecto para registrar y tolerar de este modo una rotación, es decir, una rotación de cuerpo rígido, de la probeta, comenzando desde su posición de reposo inicial, de al menos ±5° y, por ejemplo, hasta ±10° alrededor del eje alrededor del cual la probeta tiene su grado de libertad de rotación. Tales desviaciones son desviaciones residuales típicas que se deben al grado de libertad de rotación que existe en el dispositivo mostrado. Las desviaciones mayores se impiden a este respecto ventajosamente mediante la disposición mostrada. Para este propósito, las cámaras están dispuestas de tal manera que los puntos situados sobre la probeta continúan registrándose por las cámaras si las rotaciones son menores de 5° o menores de 10° en cualquier dirección. El sistema de correlación de imágenes digital está configurado para tener en cuenta estas rotaciones, es decir, rotaciones de cuerpo rígido, en un paso de procesamiento al calcular la deformación y corregir los valores calculados en consecuencia. Esto significa que cuando se controlan las posiciones reales de los puntos, se identifican movimientos de los puntos que van a asignarse a la rotación de cuerpo rígido como tales y a continuación se calculan. De esta forma, se extraen movimientos puntuales relativos que son relevantes para la deformación, es decir, por ejemplo, la torsión, compresión o elongación de la probeta. Este sistema de correlación de imágenes también puede utilizarse con cualquiera de los otros bancos de ensayo que se muestran en las figuras 1 a 3c.

La figura 3b muestra una variante del ejemplo de la figura 3a, que no pertenece a la invención reivindicada (no está previsto ningún elemento elástico en la forma de realización ilustrada), en donde el sistema de accionamiento 22 sin embargo no está dispuesto entre el soporte 19 y la pared 18' en paralelo a la probeta 1, pero en el otro lado del soporte 19, y allí está unido con otra pared 18". Con esta disposición se consigue en este caso una carga de tracción cuando se comprime el sistema de accionamiento 22 y una carga de compresión mediante la expansión del sistema de accionamiento 22. Como en la figura 2, también en esta variante puede utilizarse ventajosamente un brazo de palanca. Dado que la distancia entre el soporte 19 y la otra pared 18" puede ser menor que la longitud de la probeta, en esta realización puede prescindirse de una varilla con la que el sistema de accionamiento 22 está unido a la otra pared 18" o al soporte 19.

La Figura 3c muestra una variante del ejemplo mostrado en la Figura 3b, que no pertenece a la invención reivindicada (no está previsto ningún elemento elástico en la forma de realización representada). En este caso, el soporte está configurado como soporte 19' con pieza desfasada que tiene una forma tal que una parte inferior del soporte 19' y una parte superior del soporte 19' están desfasadas entre sí y conectadas mediante un elemento horizontal. De ese modo, la parte inferior del soporte 19' puede estar dispuesta más cerca de la pared adicional 18" que el soporte 19 en el ejemplo de la figura 3b y la bisagra 20 puede unir el soporte 19' a la pared adicional 18" en lugar de al fondo. Debido al hecho de que la parte superior está desfasada en la dirección de la probeta 1, el sistema de accionamiento 22 se encuentra entre el soporte 19' con una pieza desfasada en la zona superior y la otra pared 18''. Por lo tanto, el banco de ensayo es más pequeño en su conjunto y ocupa menos espacio que en la realización de la figura 3b.

Lista de referencias

1 probeta

2 eje longitudinal

10 línea de acción

12 línea de centro de gravedad

13 dispositivo de sujeción con junta de rótula

14 punto de sujeción

15 primer borde de probeta

16 segundo borde de probeta

18 pared

18' pared

18" pared

19 soporte

19' soporte con pieza desfasada

20 bisagra

21 marco de introducción de carga

22 sistema de accionamiento

23 elemento elástico

23' varilla

24 rodillos

25 soporte

26 marco

Claims

REIVINDICACIONES

1. Banco de ensayo, que comprende:

un soporte (19, 25), que está unido de manera móvil a una pared (18, 18', 18"), un fondo, un marco del banco de ensayo (26) u otra parte del banco de ensayo y que puede moverse en un recorrido especificado;

un sistema de accionamiento (22), que está unido al soporte, y por medio del cual el soporte (19, 25) puede moverse sobre el recorrido especificado,

dos dispositivos de sujeción (13), que comprenden cada uno de ellos una junta de rótula, en donde un primer dispositivo de los dos dispositivos de sujeción (13) está sujeto al soporte (19, 25) y un segundo dispositivo de los dos dispositivos de sujeción (13) está dispuesto en un eje (10) con el primero de los dos dispositivos de sujeción (13) de tal de modo que entre los dos dispositivos de sujeción (13) pueda sujetarse una probeta (1) en superficies exteriores de probeta y ser retenida por los dispositivos de sujeción (13), y actuando a lo largo del eje (10) una fuerza de ensayo ejercida sobre una probeta mediante el movimiento del soporte (19, 25) a través del primero de los dos dispositivos de sujeción (13),

caracterizado por que

se fija la probeta mediante un elemento elástico (23),

para restringir una rotación de la probeta alrededor del eje (10).

2. Banco de ensayo según la reivindicación 1, en el que el soporte (19, 25) está unido de manera móvil a la pared (18, 18', 18''), al fondo, al marco del banco de ensayo (26) o a la otra parte del banco de ensayo mediante rodillos (24), cojinetes deslizantes, una o más bisagras (20) o una o más juntas articuladas y el recorrido especificado del soporte (19, 25) está especificado mediante los rodillos (24), los cojinetes deslizantes, una o más bisagras (20) o una o más juntas articuladas.

3. Banco de ensayo según las reivindicaciones 1 o 2, en el que el sistema de accionamiento (22) o varios sistemas de accionamiento están dispuestos, y el soporte (25) puede moverse mediante rodillos (24) o mediante cojinetes deslizantes, de tal manera

que el movimiento del soporte (25) sobre el recorrido especificado corresponde a un desplazamiento paralelo del soporte (25).

4. Banco de ensayo según las reivindicaciones 1 o 2, en el que el sistema de accionamiento (22) o varios sistemas de accionamiento están dispuestos, y el soporte (19) está unido de manera móvil mediante una bisagra (20) o una junta articulada, de tal manera que el movimiento del soporte (25) en la trayectoria especificada corresponde a un movimiento de giro alrededor de la bisagra (20) o alrededor de la junta.

5. Banco de ensayo según la reivindicación 4, en el que el sistema de accionamiento (22) está dispuesto en un mismo lado del soporte (19) que el primero de los dos dispositivos de sujeción (13).

6. Banco de ensayo según la reivindicación 4, en el que el sistema de accionamiento (22) está dispuesto en otro lado del soporte (19), diferente al primero de los dos dispositivos de sujeción (13).

7. Banco de ensayo según una de las reivindicaciones 4 a 6, en el que para generar un efecto de palanca la bisagra (20) está dispuesta en un primer extremo del soporte (19) y el sistema de accionamiento (22) está dispuesto cerca de un segundo extremo del soporte opuesto al primer extremo.

8. Banco de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el soporte (19) está configurado como viga.

9. Banco de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de accionamiento (22) o los sistemas de accionamiento están configurados como cilindro neumático, hidráulico o eléctrico.

10. Banco de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento elástico (23) está configurado como resorte.

11. Banco de ensayo según una de las reivindicaciones anteriores, en el que, entre los dispositivos de sujeción (13) y las superficies exteriores de probeta, se proporcionan marcos de introducción de carga (21).

12. Banco de ensayo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el banco de ensayo presenta un sistema de correlación de imágenes digital, que está configurado para controlar una deformación de la probeta (1), en donde el sistema de correlación de imágenes digital está configurado para registrar la rotación de la probeta (1) alrededor del eje (10) y para tenerla en cuenta a la hora de calcular la deformación.

13. Banco de ensayo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento elástico (23) une la probeta a un marco del banco de ensayo o a una pared.

14. Banco de ensayo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento elástico (23) está dispuesto horizontalmente.