Konvergenzstudie mit neuen Rechnungen ersetzt und Materialzusammensetzung und Dickenverlauf mit zwei weiteren Abbildungen dargestellt

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@@ -574,8 +574,236 @@ Schicht & 8, 13, 14 & 12 & 9, 11 & 10 & \leftarrow Unterseite\\
\bottomrule
\end{tabular}
\end{table}\vspace{-1em}
[[~Durchschnittliche Dicke der Lagenaufbauten oder Lagenverlauf in eine Abbildung~]]
Die Längsversteifungen haben stets den gleichen Lagenaufbau, mit den Dicken 2/50/2 in mm und den Materialen Saertex/Foam/Saertex.
%
Die Materialzusammensetzung der fünf zur Verwendung kommenden Arten von Lagenaufbauten ist ist in der Tabelle~\ref{tab:Lagenaufbauten} aufgelistet.
Alle Lagenaufbauten der Außenhaut besitzen anteilig gleiche Materialzusammensetzungen, in der Weise, dass die ersten drei Schichten aus Gelcoat und SNL(Triax) sowie die jeweils letzte Schicht, ebenfalls aus SNL(Triax), zueinander identisch sind.
Das unterschiedliche Verhalten zueinander wird infolge der zusätzlichen Schichten aus E-LT-5500(UD), FOAM und Carbon(UD) mit unterschiedlichen Dicken bestimmt.
Die Längsversteifungen hingegen besitzen stets den gleichen Lagenaufbau, mit den Dicken 2/50/2 in mm und der Materialzusammensetzung Saertex(DB)/Foam/Saertex(DB).
Der Dickenverlauf zu den Lagenaufbauten ist in der Abbildung~\ref{fig:Dicke} dargestellt.
%
%\begin{figure}[H]\centering
%\includegraphics[width=0.95\textwidth]{thickness.png}
%\caption{Dickenverlauf zu den Lagenaufbauten im Rotorblatt}
%\label{fig:Dicke}
%\end{figure} \vspace{-1.5em}
%
\begin{figure}[H]\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=12.0cm, height=5.5cm,
colorbar,
% colormap/jet,
colorbar style={
ytick={0,20,...,100},
ylabel={Gesamtdicke in mm},
% yticklabels={$\le -3$, $-2$,$-1$, $0$},
},
xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,2,...,14},
view = {0}{90},
point meta min=0, point meta max=113,
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thickness.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
%patch,patch refines=1,
patch type=bilinear, % default rectangle; bilinear, biquadratic
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\node[fill=white, fill opacity=0.25, text opacity=1,rounded corners=2pt] at (axis cs:45,13.5,5.69) {\small $6$};
\node[fill=white, fill opacity=0.25, text opacity=1,rounded corners=2pt] at (axis cs:49,12.5,0) {\small $0$};
\node at (axis cs:6.8333,12,113.08) {\small $113$};
\node at (axis cs:28,12,70.39) {\small $70$};
\node at (axis cs:12,12,102.74) {\small $103$};
\node at (axis cs:17,11,95.69) {\small $96$};
\node at (axis cs:34.85,11,65.69) {\small $66$};
\node at (axis cs:20.5,10,47.99) {\small $48$};
\node at (axis cs:42,10,34.83) {\small $35$};
\node at (axis cs:26.65,9,25.69) {\small $26$};
\node at (axis cs:54.6667,9,25.69) {\small $26$};
\node[fill=white, fill opacity=0.25, text opacity=1,rounded corners=2pt] at (axis cs:32,7.5,5.69) {\small $6$};
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{Dickenverlauf zu den Lagenaufbauten im Rotorblatt}\label{fig:Dicke}
\end{figure} \vspace{-.5em}
%
%
\begin{figure}[H]\centering
\begin{subfigure}[b]{0.49\textwidth}\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=6cm, height=3.5cm,
colorbar,
colorbar style={
%ytick={0,40,...,100},
%ylabel={Gesamtdicke in mm},
},
%xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,4,...,14},
view = {0}{90},
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thickness.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
patch type=bilinear,
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{Zusammengesetzt}
\label{fig:Dicke:Material:Gesamt}
\end{subfigure}
\hfill
\begin{subfigure}[b]{0.49\textwidth}\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=6cm, height=3.5cm,
colorbar,
colorbar style={
%ytick={0,40,...,100},
%ylabel={Gesamtdicke in mm},
},
%xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,4,...,14},
view = {0}{90},
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thicknessGelcoat.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
patch type=bilinear,
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{Gelcoat}
\label{fig:Dicke:Material:Gelcoat}
\end{subfigure}
\\[1em]
\begin{subfigure}[b]{0.49\textwidth}\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=6cm, height=3.5cm,
colorbar,
colorbar style={
%ytick={0,40,...,100},
%ylabel={Gesamtdicke in mm},
},
%xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,4,...,14},
view = {0}{90},
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thicknessSNL.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
patch type=bilinear,
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{SNL}
\label{fig:Dicke:Material:SNL(Triax)}
\end{subfigure}
\hfill
\begin{subfigure}[b]{0.49\textwidth}\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=6cm, height=3.5cm,
colorbar,
colorbar style={
%ytick={0,40,...,100},
%ylabel={Gesamtdicke in mm},
},
%xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,4,...,14},
view = {0}{90},
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thicknessELT.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
patch type=bilinear,
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{E-LT-5500(UD)}
\label{fig:Dicke:Material:ELT}
\end{subfigure}
\\[1em]
\begin{subfigure}[b]{0.49\textwidth}\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=6cm, height=3.5cm,
colorbar,
colorbar style={
%ytick={0,40,...,100},
%ylabel={Gesamtdicke in mm},
},
%xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,4,...,14},
view = {0}{90},
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thicknessFOAM.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
patch type=bilinear,
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{FOAM}
\label{fig:Dicke:Material:FOAM}
\end{subfigure}
\hfill
\begin{subfigure}[b]{0.49\textwidth}\centering
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}[
width=6cm, height=3.5cm,
colorbar,
colorbar style={
%ytick={0,40,...,100},
%ylabel={Gesamtdicke in mm},
},
%xlabel = {Radius in m}, ylabel = Lagenaufbaunummer,
domain = 1:65, y domain = 1:14,
ytick={0,4,...,14},
view = {0}{90},
ymax=14,
]
\pgfplotstableread{datas/thicknessCarbon.dat}\datatable
\addplot3[
surf,
patch type=bilinear,
shader=faceted interp,
mesh/rows=14,mesh/cols=28,
] table[skip first n=1,x index=1,y index=0,z index=2] from \datatable;
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption{Carbon(UD)}
\label{fig:Dicke:Material:Carbon}
\end{subfigure}
\caption{Dickenverlauf einelner Materialien zu den Lagenaufbauten im Rotorblatt}\label{fig:Dicke:Material}
\end{figure} \vspace{-.5em}
%
\subsubsection{Elemente}
Infolge der Flächenmodellierung der \ac{WEA} ist das Simulationsmodell mit Schalenelemente modelliert.
@@ -612,13 +840,13 @@ Eingebaute Kontaktpartner sind in Abbildung \ref{fig:Kontakte} dargestellt.
\includegraphics[width=1.4cm]{ANSYS_WB_Strukturbaum_Netz.png}
}\\\nopagebreak
%
In der Abbildung~\ref{fig:konvergenz:statik} ist die Konvergenzanalyse zur maximalen Vergleichspannung~\(\sigma\ti{Mises}\) und der maximalen Verformung~\(U\) zu einer statischen Analyse dargestellt, worin die Anlage dem Eigengewicht ausgesetzt ist.
In der Abbildung~\ref{fig:konvergenz:statik:Eigengewicht} ist die Konvergenzanalyse zur maximalen Vergleichspannung~\(\sigma\ti{Mises}\) und der maximalen Verformung~\(U\) zu einer statischen Analyse dargestellt, worin die Anlage dem Eigengewicht ausgesetzt ist.
Die Abbildung~\ref{fig:konvergenz:modal} zeigt hingegen die Konvergenzanalyse zu den Eigenfrequenzen der Anlage.
Bei der Netzwahl wurde die globale Elementkantengröße zuerst von \unit{1000}{mm} bis auf \unit{100}{mm} herabgesetzt.
Anschließend wurde die in ANSYS verfügbare Einstellung \emph{Relevanz} immer weiter hoch gesetzt.
Diese Funktion verfeinert das Netz mit internen ANSYS-Regeln.
Einzelne Elemente erreichten dabei Elementkantengrößen im Bereich von \unit{70}{mm}.
Den Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise den Eigenfrequenzwerten werden die Anzahl von Freiheitsgrade gegenübergestellt, dessen Intervall von etwa 40.000 bis 3.000.000 läuft.
Den Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise den Eigenfrequenzwerten werden die Anzahl von Freiheitsgrade gegenübergestellt, dessen Intervall von etwa 40.000 bis 1.000.000 läuft.
%
\begin{figure}[H]\centering
\begin{tikzpicture}[]
@@ -633,21 +861,22 @@ Den Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise den Eigenfrequenzwerten wer
axis lines=left,
xmode=log,log basis x=10,
xmin=40000,
xmax=2600000,
xmax=700000,
ymin=0,
ymax=1100,
ymax=110,
xlabel={Anzahl der Freiheitsgrade},
ylabel={\ref{pgfplots:konvergenz:sigma} Max.\,Spannung $\sigma\ti{Mises}$ in MPa},
yticklabel style={ /pgf/number format/.cd,fixed,fixed zerofill,precision=0},
ytick={0,200,...,1400},
ytick={0,20,...,100},
legend style={
nodes=right,
font=\small,
},
legend pos=south west,
]
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
\addplot[draw1, mark=x] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=3] from \datatable;
%\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Eigengewicht.dat}\datatable
\addplot[draw1, mark=x] table[skip first n=1, x index=2,x expr=\thisrowno{2}*1, y index=4] from \datatable;
\label{pgfplots:konvergenz:sigma}
\end{axis}
\begin{axis}[
@@ -659,7 +888,7 @@ Den Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise den Eigenfrequenzwerten wer
axis y line*=right,
xmode=log,log basis x=10,
xmin=40000,
xmax=2600000,
xmax=700000,
ymin=0,
ymax=550,
ytick={100,200,...,500},
@@ -671,16 +900,17 @@ Den Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise den Eigenfrequenzwerten wer
},
legend pos=south east,
]
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
\addplot[draw2, mark=*,mark size=1] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=2] from \datatable;
%\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Eigengewicht.dat}\datatable
\addplot[draw2, mark=*,mark size=1] table[skip first n=1, x index=2,x expr=\thisrowno{2}*1, y index=3] from \datatable;
\label{pgfplots:konvergenz:u}
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption[
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung und der maximalen Verformung
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung und der maximalen Verformung infolge des Eigengewichts
]{
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplots:konvergenz:sigma} und der maximalen Verformung $U$~\ref{pgfplots:konvergenz:u}
}\label{fig:konvergenz:statik}
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplots:konvergenz:sigma} und der maximalen Verformung $U$~\ref{pgfplots:konvergenz:u} infolge des Eigengewichts
}\label{fig:konvergenz:statik:Eigengewicht}
\end{figure} \vspace{-.5em}
%
%
@@ -697,23 +927,24 @@ Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplo
axis lines=left,
xmode=log,log basis x=10,
xmin=40000,
xmax=5000000,
xmax=1300000,
ymin=0,
ymax=1100,
ymax=110,
xlabel={Anzahl der Freiheitsgrade},
ylabel={\ref{pgfplots:konvergenz:sigma} Max.\,Spannung $\sigma\ti{Mises}$ in MPa},
yticklabel style={ /pgf/number format/.cd,fixed,fixed zerofill,precision=0},
ytick={0,200,...,1400},
ytick={0,20,...,100},
legend style={
nodes=right,
font=\small,
},
legend pos=south west,
]
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
\addplot[draw1, opacity=0.15] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=3] from \datatable;
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Federn.dat}\datatable
\addplot[draw1, mark=x] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=3] from \datatable;
%\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
%\addplot[draw1, opacity=0.15] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=3] from \datatable;
%\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Federn.dat}\datatable
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Einzellast2.dat}\datatable
\addplot[draw1, mark=x] table[skip first n=1, x index=2,x expr=\thisrowno{2}*1, y index=4] from \datatable;
\label{pgfplots:konvergenz:sigma}
\end{axis}
\begin{axis}[
@@ -725,10 +956,10 @@ Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplo
axis y line*=right,
xmode=log,log basis x=10,
xmin=40000,
xmax=5000000,
xmax=1300000,
ymin=0,
ymax=550,
ytick={100,200,...,500},
ymax=4100,
ytick={100,800,...,4000},
ylabel={\ref{pgfplots:konvergenz:u} Max.\,Verformung $U$ in mm},
axis x line=none,
legend style={
@@ -737,21 +968,22 @@ Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplo
},
legend pos=south east,
]
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
\addplot[draw2, opacity=0.15] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=2] from \datatable;
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Federn.dat}\datatable
\addplot[draw2, mark=*,mark size=1] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=2] from \datatable;
%\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse.dat}\datatable
%\addplot[draw2, opacity=0.15] table[skip first n=1, x index=1,x expr=\thisrowno{1}*1, y index=2] from \datatable;
%\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Federn.dat}\datatable
\pgfplotstableread{datas/Statische_Ergebnisse_Einzellast2.dat}\datatable
\addplot[draw2, mark=*,mark size=1] table[skip first n=1, x index=2,x expr=\thisrowno{2}*1, y index=3] from \datatable;
\label{pgfplots:konvergenz:u}
\end{axis}
\end{tikzpicture}%
\caption[
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung und der maximalen Verformung mit versteiften Rotorblattspitzen
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung und der maximalen Verformung infolge einer Einzellast von 80\,kN an der Blattspitze
]{
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplots:konvergenz:sigma} und der maximalen Verformung $U$~\ref{pgfplots:konvergenz:u} mit versteiften Rotorblattspitzen
}\label{fig:konvergenz:statik-federn}
Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung $\sigma\ti{Mises}$~\ref{pgfplots:konvergenz:sigma} und der maximalen Verformung $U$~\ref{pgfplots:konvergenz:u} infolge einer Einzellast von 80\,kN an der Blattspitze
}\label{fig:konvergenz:statik:Einzellast}
\end{figure} \vspace{-.5em}
%
Wie sich in Abbildung~\ref{fig:konvergenz:statik} zeigt, ist sowohl für die Verformung als auch für die Spannung
Wie sich in Abbildung~\ref{fig:konvergenz:statik:Eigengewicht} zeigt, ist sowohl für die Verformung als auch für die Spannung
die Konvergenz erreicht.
%
\begin{figure}[H]\centering %!htb