diff --git a/sections/Einleitung.tex b/sections/Einleitung.tex index 734bd0d..f999335 100755 --- a/sections/Einleitung.tex +++ b/sections/Einleitung.tex @@ -3,13 +3,12 @@ \thispagestyle{plain} \section{Einleitung}\label{sec:Einleitung} Hintergrund der Masterthesis ist das an der HAW Hamburg durchgeführte Forschungsprojekt \glqq WindNumSim\grqq\ zur Entwicklung und Anwendung eines neuartigen Simulationsmodells zur strukturellen und akustischen Optimierung einer Windenergieanlage mit Hilfe -von Fluid-Struktur-Interaktionen. +von Fluid"=Struktur"=Interaktionen. -Ziel dieser Masterthesis ist die Erstellung eines 3D-Strukturmodells einer Windenergieanlage (5MW NREL-Anlage), welches die Komponenten Rotorblatt, Turm, Spinner und Gondel beinhaltet sowie anschließender 3D FEM-Berechnung für ausgewählte Lastfälle. +Ziel dieser Masterthesis ist die Erstellung eines 3D"=Strukturmodells einer Windenergieanlage (5MW NREL-Anlage), welches die Komponenten Rotorblatt, Turm, Spinner und Gondel beinhaltet sowie anschließender 3D FEM-Berechnung für ausgewählte Lastfälle. Die Bearbeitung umfasst die folgenden Punkte: \begin{itemize} -\item Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergie- -anlage mit CATIA V5 +\item Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergieanlage mit CATIA\,V5 \item Erstellung eines 3D-Strukturmodells der Windenergieanlage mit vollständigem Laminataufbau der Rotorblätter in ANSYS Workbench \item Vernetzung der Struktur mit Schalenelementen @@ -20,10 +19,12 @@ dynamische Analyse, statische Belastung durch das Windfeld o.ä.) Die FEM-Berechnung wird mit dem Programm ANSYS durchgeführt. \subsection{Forschungsprojekt} -Das Forschungsprojekt zur \ac{WindNumSim}\footnote{WindNumSim, URL: \url{http://www.mp.haw-hamburg.de/pers/Graetsch/WindNumSim_main.htm}}. +Das Forschungsprojekt an der \emph{Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg} zur \ac{WindNumSim}\footnote{WindNumSim, URL: \url{http://www.mp.haw-hamburg.de/pers/Graetsch/WindNumSim_main.htm}} ist ein vom \emph{Bundesministerium für Bildung und Forschung} im Rahmen der Förderlinie \glqq IngenieurNachwuchs\grqq\ 2012 im Programm \glqq Forschung an Fachhochschulen\grqq\ gefördertes Projekt. Projektpartner sind unter anderem die \emph{Helmut Schmidt Universität Hamburg} sowie die Firmen Senvion SE\footnote{Senvion SE ehemals bekannt als REpower Systems SE, URL: \url{http://senvion.com/de/}} und FE"=Design\footnote{FE-Design ein von Dassault Systèmes übernommenes Unternehmen, URL \url{http://www.fe-design.de}}. + +Untersucht werden hierzu Simulationsmodelle mit \ac{FSI}, die eine Kopplung der Windstömung und der Windenergieanlage schafft. Daraus werden Ergebnisse für die Rotorblätter erwartet, die eine Strukturoptimierung der Rotorblätter ermöglicht. Dabei liegt der Fokus der Strukturoptimierung insbesondere auf die Reduktion der Rotorblattmasse mit dem der Antriebsstrang entlastet wird, der wiederum eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Anlage zur Folge hat. Weitere Ziele sind die optimale Blattwinkeleinstellung während des Turmdurchgangs und die Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Anlage. Die letztgenannte Verbesserung soll den Schalldruckpegel während des Turmdurchgangs reduzieren und damit, neben der Reduzierung von Verlustenergien auch, eine Akzeptanzsteigerung der Umwelt zur Folge haben. \subsection{Windenergieanlage} -Bei der \ac{WEA} handelt es sich um eine von \emph{\ac{NREL}}\footnote{NREL, URL: \url{http://www.nrel.gov/}} zusammengestellte küstenabgewandte Ausgangs"=\ac{WEA}, +Bei der \ac{WEA} handelt es sich um eine von \emph{\ac{NREL}}\footnote{National Renewable Energy Laboratory NREL, URL: \url{http://www.nrel.gov/}} zusammengestellte küstenabgewandte Ausgangs"=\ac{WEA}, welche im Forschungsbericht \emph{Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development} \cite{NREL09} dokumentiert ist. Das \ac{NREL} verwendet als Grundlage die öffentlich zugänglichen Informationen der Muster-\ac{WEA} von \emph{Multibrid~M5000} und \emph{REpower~5MW}. Aufgrund unzureichend öffentlichen Informationen der Muster-\ac{WEA}, verwendet das \ac{NREL} zusätzlich öffentlich zugängliche Eigenschaften der Konzeptmodelle von den Projekten \emph{WindPACT}, \emph{RECOFF} und \emph{DOWEC}. @@ -35,16 +36,17 @@ hauptsächlich aus diesen beiden Arbeiten entstanden. Neben der hiesigen Verwendung der Ausgangs-\ac{WEA} von \ac{NREL}, fand die \ac{WEA} unter anderem für Projekte des \emph{U.S. DOE's Wind \& Hydropower Technologies Program}s und des \emph{European Union UpWind research program}s sowie der \emph{International Energy Agency (IEA) Wind Annex XXIII Subtask 2 Offshore Code Comparision Collaboration (OC3)} Anwendung. \subsection{Modellbildung} -Zur Modellbildung der \ac{WEA} kommen unterschiedliche Programme zum Einsatz. -Die dreidimensionale Geometrieerzeugung erfolgt mit dem \acs{CAD}"=Programm \emph{CATIA\,V5} von der Firma \emph{Dassault Systèmes}\footnote{URL: \url{http://www.3ds.com/de/}}. -Die Simulation hingegen erfolgt mit dem \acs{FEM}"=Programm \emph{ANSYS Mechanical} von der Firma \emph{ANSYS}\footnote{URL: \url{http://www.ansys.com/de_de}} über die \emph{ANSYS Workbench} in der 15.\,Version. - -Abbildung \ref{fig:E:Interaktionen} zeigt die groben Modellinteraktionen. +Die Modellbildung der \ac{WEA} erfolgt in mehreren Schritten, wobei unterschiedliche Programme zum Einsatz kommen. +Die Grundlage der dreidimensionalen Modellbildung bildet ein bereits vorbereitetes Geometrie- beziehungsweise Computermodell mit dem \acs{CAD}"=Programm \emph{CATIA\,V5} von der Firma \emph{Dassault Systèmes}\footnote{Dassault Systèmes, URL: \url{http://www.3ds.com/de/}}. +Für das Simulationsmodell muss das Geometriemodell, insbesondere zur Abbildung von unterschiedlichen Materialparameter, modifiziert werden. Dazu werden hauptsächlich Unterprogramme (Makros) in der Programmiersprache \ac{VB} eingesetzt. +Die Simulation hingegen erfolgt mit dem \acs{FEM}"=Programm \emph{ANSYS Mechanical} von der Firma \emph{ANSYS}\footnote{ANSYS, URL: \url{http://www.ansys.com/de_de}} über die \emph{ANSYS Workbench} in der 15.\,Version. +Wobei unter anderem Materialparameter aus einem in der Skriptsprache APDL von ANSYS vorliegender Quelldatei entnommen werden. +Die Abbildung~\ref{fig:E:Interaktionen} zeigt die groben Modellinteraktionen. \begin{figure}[H]\centering -\begin{tikzpicture}[mindmap, scale=0.85, +\begin{tikzpicture}[mindmap, scale=0.83, % level 1 concept/.append style={level distance=130,sibling angle=30} - every node/.style={concept, execute at begin node=\hskip0pt, scale=0.85}, + every node/.style={concept, execute at begin node=\hskip0pt, scale=0.83}, text=white, grow cyclic, level 1 concept/.append style={level distance=4.75cm,sibling angle=45}, level 2/.append style={level distance=3cm,sibling angle=30}, @@ -53,12 +55,12 @@ Abbildung \ref{fig:E:Interaktionen} zeigt die groben Modellinteraktionen. } ] \begin{scope}[mindmap, text=white] - \node [root concept, font=\bfseries] (modell) {Berechnungs-modell}[clockwise from=0] + \node [root concept, font=\bfseries\Large] (modell) {\textsc{Simulations-modell}}[clockwise from=0] child [concept color=matlab7, grow=10] {node (cad) {Computermodell}} child [concept color=matlab7, grow=200] {node (la) {Lagenaufbaustudie}}; \end{scope} \begin{scope}[mindmap, concept color=matlab2,text=white] - \node [concept] at (1,-8.5) {Programme} + \node [concept, font=\Large] at (1,-8.5) {Programme} child [concept, grow=155] {node (ansys) {ANSYS} child[grow=75] {node (workbench) {Workbench}} @@ -72,7 +74,7 @@ Abbildung \ref{fig:E:Interaktionen} zeigt die groben Modellinteraktionen. {node [concept] (matlab) {MATLAB}}; \end{scope} \begin{scope}[mindmap, concept color=matlab1,text=white] - \node [concept] at (-2.5,4.5) (nrel) {NREL"=Ausgangs"=WEA} [clockwise from=0] + \node [concept, font=\Large] at (-2.5,4.5) (nrel) {NREL"=Ausgangs"=WEA} [clockwise from=0] child [grow=-10] {node [concept] (mbm5) {Multibrid M5000}} child [grow=20] diff --git a/sections/Modellentwicklung.tex b/sections/Modellentwicklung.tex index 2b1733b..07d10aa 100755 --- a/sections/Modellentwicklung.tex +++ b/sections/Modellentwicklung.tex @@ -244,7 +244,7 @@ und dabei, der in der ersten Zeile angegebene Abstand von 7000, mit den Werten a Die zweite Zeile benennt die Ebenen mit den Bezeichnungen von "\texttt{Ebene.1001}"\ bis "\texttt{Ebene.1018}". Mit den abschließenden Zeilen werden die Ebenen mit dem Modell verknüpft. Zuvor werden noch einige benötigte Variable zur Verfügung gestellt die hier nicht weiter gezeigt werden. Für den interessierten Leser und zur Vollständigkeit ist das gesamte MATLAB-Skript, welches das CATIA-Makro erzeugt, im Anhang als Programmausdruck \ref{lst:MATLAB-CATIA-Makro} angefügt. -\subsection{Berechnungsmodell} % oder Simulationsmodell +\subsection{Simulationsmodell} % Berechnungsmodell oder Simulationsmodell \subsubsection{Netz} diff --git a/sections/SymbolsCodes.tex b/sections/SymbolsCodes.tex index 6030568..4961a95 100755 --- a/sections/SymbolsCodes.tex +++ b/sections/SymbolsCodes.tex @@ -65,14 +65,16 @@ %\acroindefinite{acronym}{short indefinite article}{long indefinite article} %\acrodefindefinite{acronym}{short indefinite article}{long indefinite article} %\acroplural{acronym}[short plural]{long plural} - \acro{CAD}{Computer Aided Design} % rechnerunterstütztes Konstruieren + \acro{CAD}{Rechnerunterstütztes Konstruieren} % rechnerunterstütztes Konstruieren, Computer Aided Design %\acro{CAE}{Computer Aided Engineering} % mit Datenverarbeitungssystemen (DV-Systemen) %\acro{CFD}{Computational Fluid Dynamics} %\acro{CIM}{Computer Integrated Manufacturing} % mit Datenverarbeitung und Datenverwaltung %\acro{DOF}{degree of freedom} \acro{FEM}{Finite Element Methode} + \acro{FSI}{Fluid-Struktur-Interaktion} %\acro{FMEA}{Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse} \acro{WEA}{Windenergieanlage} + \acro{VB}{Visual Basic} \end{acronym} % Erklärungen