Einsatz bruchmechanischer Methoden zur Bestimmung der Restnutzungsdauer von Windenergieanlagen

Im vorliegenden Beitrag wird die Anwendung der Bruchmechanik zur Bewertung von Rissen an Stahlrohrturmen von Windenergieanlagen (WEA) diskutiert. Ein Konzept fur die Ermittlung der Restnutzungsdauer von WEA wird daraus abgeleitet. Im Rahmen der bruchmechanischen Bewertung werden maximal zulassige Risabmessungen bestimmt. Die Dauer des Riswachstums von angenommenen Rissen in der Grosenordnung des technischen Anrisses bis zu den maximal zulassigen Risabmessungen wird ermittelt. Exemplarisch wird ein ausgewahltes Strukturdetail untersucht. Es handelt sich um die Schweisnaht zwischen Turzarge und Turmblech. Halbelliptische Oberflachenrisse werden angenommen. Die Beschreibung der Risspitzenbeanspruchung erfolgt mit vorhandenen Losungen fur den Spannungsintensitatsfaktor. Die dabei eingehenden Spannungen werden mittels linear-elastischer Finite-Element-Rechnung ermittelt. Fur die Bestimmung kritischer Risabmessungen kommt das Failure Assessment Diagram (FAD) zur Anwendung. Der Risfortschritt wird unter Berucksichtigung der Abhangigkeit von Spannungsverhaltnis (R-Abhangigkeit) und s-formigem Verlauf der Risfortschrittsgeschwindigkeit abgeschatzt. Application of fracture mechanics to the assessment of remaining life-span of wind turbines. The assessment of cracks in steel tube towers of wind turbines by using models based on fracture mechanics is described. The presented concept can be used to determine the remaining life-span of wind turbines. Maximum allowable crack dimensions are determined. Growth of the cracks up to these critical dimensions is investigated. For that purpose semi elliptic surface cracks are assumed in the welded joint between door frame and tower hull. Solutions for the stress intensity factor are used to describe the stress field at the crack tip. Input stresses are determined by linear-elastic finite element calculation. The Failure Assessment Diagram (FAD) is used to determine critical crack dimensions. Crack growth is estimated considering stress ratio and s-shaped dependency of crack growth rate on cyclic stress intensity.