daniel/Masterarbeit
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Daniel Weschke
2015-09-03 21:50:20 +02:00
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sections/Einleitung.tex
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\thispagestyle{plain}
\section{Einleitung}\label{sec:Einleitung}
Aufgrund steigender Industrialisierung und dem einhergehenden erhöhten Energieverbrauchs werden immer größere Anforderungen an die Energieproduktion gestellt.
Im Falle von fossile Energieträger, wie Kohle, Öl und Erdgas, ist bekannt dass diese zum einen endlich und zum anderen bei der Energieproduktion umweltbeinflussende Abgase entstehen.
Im Falle von Kernenergie zeigen hingegen wiederkehrende Unfälle die Risiken dieser Technologie.
Auch ohne diesen Unfälle besteht das Problem der Endlagerung des radioaktiven Abfalls.
Nach menschlichem Ermessen wird von den Endlagern aufgrund der Halbwertszeit immer eine Gefahr ausgehen.
Die Alternative \emph{Erneuerbare Energien} belastet zum einen nicht die Umwelt und ist unerschöpflich beziehungsweise erneuerbar. Zu der Kategorie der erneuerbaren Energie gehört die Windkraft als stärksten Vertreter, gefolgt von nachwachsende Rohstoffe (Biomasse und Hausmüll) und die Photovoltaik sowie die Wasserkraft und die Geothermie.
In dieser Arbeit liegt das Interesse an die Windkraft oder genauer den Aufbau eines diskreten Modells einer Windenergieanlage.
Der schematische Aufbau einer modernen Windenergieanlage ist auf der nächsten Seite in der Abbildung ~\ref{fig:wea} dargestellt.
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.
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 Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergieanlage mit CATIA\,V5
und die Erstellung eines 3D-Strukturmodells der Windenergieanlage mit vollständigem Laminataufbau der Rotorblätter in ANSYS Workbench.
Sowie der Vernetzung der Struktur mit Schalenelementen und der Validierung des 3D-Strukturmodells anhand gegebener Literaturangaben.
Mit anschließender Durchführung von verschiedener strukturmechanischer Analysen, wie zum Beispiel der Modalanalyse, der dynamische Analyse und der statische Belastung durch das Windfeld.
Die Bearbeitung umfasst die Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergieanlage mit dem Programm CATIA\,V5
sowie die Erstellung eines 3D-Strukturmodells der Windenergieanlage mit vollständigem Laminataufbau der Rotorblätter mit dem Programm ANSYS in der \emph{Workbench}"=Umgebung.
Hierbei wird das 3D"=Strukturmodell mit Schalenelementen vernetzt und anhand gegebener Literaturangaben validiert.
%Ebenso der Vernetzung der Struktur mit Schalenelementen und der Validierung des 3D-Strukturmodells anhand gegebener Literaturangaben.
Abschließend werden verschiedene strukturmechanische Analysen durchgeführt, wie zum Beispiel der Modalanalyse sowie der statischen und der dynamische Analyse.
%Mit anschließender Durchführung von verschiedener strukturmechanischer Analysen, wie zum Beispiel der Modalanalyse, der dynamische Analyse und der statische Belastung durch das Windfeld.
%Die Bearbeitung umfasst die folgenden Punkte:
%\begin{itemize}
%\item Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergieanlage mit CATIA\,V5
@@ -19,7 +30,15 @@ Mit anschließender Durchführung von verschiedener strukturmechanischer Analyse
%\item Durchführung verschiedener strukturmechanischer Analysen (z.B. Modalanalyse,
%dynamische Analyse, statische Belastung durch das Windfeld o.ä.)
%\end{itemize}
Die FEM-Berechnung wird mit dem Programm ANSYS durchgeführt.
Die FEM-Berechnung wird ebenfalls mit dem Programm ANSYS durchgeführt.
%
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=0.70\textwidth]{WEA.png}
\caption[Schematische Darstellung einer horizontalen Windenergieanlage]{Schematische Darstellung einer horizontalen Windenergieanlage \cite{hau08}}
\label{fig:wea}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
\subsection{Forschungsprojekt}
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}}.