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Daniel Weschke
2015-09-03 21:50:20 +02:00
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51
sections/Modellentwicklung.tex
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@@ -186,8 +186,8 @@ Freq. & Beschreibung der Eigenform & FAST & ADAMS \\ \midrule
\subsection{Computermodell}
Die Forschungsanlage wird als Flächenmodell angenähert.
Ein grundlegendes Computermodell ist durch die Arbeit \emph{Entwicklung eines 3D"=Geometriemodells und numerische Strömungssimulation einer Windenergieanlage} \cite{Prange14} von \citeauthor{Prange14} entstanden und validiert.
Das dabei verwendete \ac{CAD}-Programm ist \emph{CATIA\,V5} von der Firma \emph{Dassault Systèmes}, mit dem die dreidimensionale Geometrieerzeugung erfolgte.
Alle erforderliche Modifikationen zur Simulation werden ebenfalls mit dem \ac{CAD}-Programm \emph{CATIA\,V5} durchgeführt.
Das dabei verwendete \acs{CAD}-Programm ist \emph{CATIA\,V5} von der Firma \emph{Dassault Systèmes}, mit dem die dreidimensionale Geometrieerzeugung erfolgte.
Alle erforderliche Modifikationen zur Simulation werden ebenfalls mit dem \acs{CAD}-Programm \emph{CATIA\,V5} durchgeführt.
Unter den Modifikationen fallen diverse Schnitte, die in das 3D"=Flächenmodell hinzugefügt werden und damit die nötige Möglichkeit bieten Materialparameter vorgeben zu können.
Die Abbildung \ref{fig:ComputermodellCATIA} links zeigt das übernommene und rechts das durch den nachstehenden Modifikationen angepasste Computermodell.
\begin{figure}[H]\centering
@@ -667,9 +667,9 @@ In der Abbildung~\ref{fig:Dicke} ist für das Rotorblatt der Dickenverlauf zu de
\caption{Dickenverlauf zu den Lagenaufbauten im Rotorblatt}\label{fig:Dicke}
\end{figure} \vspace{-.5em}
%
Vertikal ist entsprechend der Tabelle~\ref{tab:Lagenaufbauten} und Abbildung~\ref{fig:Querschnitt} die Lagenaufbaunummer über den Umfang und
horizontal der Abstand von dem Lagenaufbau zu der Rotornabe angegeben.
Es ist zu sehen, dass an die Dicke mit dem zu erwartenden Momemtenverlauf übereinstimmt.
Vertikal ist entsprechend der Tabelle~\ref{tab:Lagenaufbauten} und Abbildung~\ref{fig:Querschnitt} die Lagenaufbaunummer über den Umfang angegeben.
Horizontal ist der Abstand von dem Lagenaufbau zu der Rotornabe angegeben.
Es ist zu sehen, dass die Lagendicke mit dem zu erwartenden Momemtenverlauf übereinstimmt.
In der Abbildung~\ref{fig:Dicke:Material} sind die Dickenverläufe differenziert zu den unterschiedlichen Materialien im Rotorblatt dargestellt.
%
@@ -1044,8 +1044,9 @@ Konvergenzstudie zur maximalen Vergleichsspannung und der maximalen Verformung i
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}
%Kantenlängen von \unit{70}{mm}.
Gegenübergestellt werden die Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise die Eigenfrequenzwerten die Anzahl von Freiheitsgrade, dessen Intervall von etwa 40.000 bis 1.000.000 verläuft.
%
Kantenlängen von \unit{70}{mm}.
In den Abbildungen~\ref{fig:konvergenz:statik:Eigengewicht}, \ref{fig:konvergenz:statik:Einzellast} und~\ref{fig:konvergenz:modal} werden die Spannungs- und Verformungswerten beziehungsweise die Eigenfrequenzwerten mit der Anzahl von Freiheitsgrade gegenübergestellt, dessen Intervall von etwa 40.000 bis 1.000.000 verläuft.
Wie sich in Abbildung~\ref{fig:konvergenz:statik:Eigengewicht} und \ref{fig:konvergenz:statik:Einzellast} zeigt, ist sowohl für die Verformung als auch für die Spannung
die Konvergenz erreicht.
@@ -1108,7 +1109,7 @@ Für die nachfolgenden Berechnungen wurde ein Netz mit über
650 Tausend Freiheitsgrade
gewählt, siehe auch Abbildung~\ref{fig:Netz}.
Dies entspricht eine durchschnittliche Elementkantenlänge im Rotorblatt von \unit{150}{mm}.
Weitere netzbezogene Eigenschaften sind in der Tabelle \ref{tab:Netz} aufgelistet.
Weitere netzbezogene Eigenschaften zu dem gewählten Netz sind in der Tabelle \ref{tab:Netz} aufgelistet.
%
@@ -1131,8 +1132,8 @@ Weitere netzbezogene Eigenschaften sind in der Tabelle \ref{tab:Netz} aufgeliste
\end{tabular}
\end{table}\vspace{-1em}%
% http://www-brs.ub.ruhr-uni-bochum.de/netahtml/HSS/Diss/BaitschMatthias/diss.pdf
Die nachfolgende Lasteinleitung wird mittels spezieller Flächenelemente (SURF154) realisiert, mit denen die Flächenlast in äquivalente Knotenlasten umgerechnet wird.
%Diese Elemente leisten keinen Beitrag zur Systemsteifigkeit.
Für die Lasteinleitung werden spezielle Flächenelemente (SURF154) verwendet, mit denen die Flächenlasten in äquivalente Knotenlasten umgerechnet wird.
Diese Elemente leisten keinen Beitrag zur Systemsteifigkeit.
@@ -1152,7 +1153,7 @@ Die Randbedingung für die Berechnung infolge von Eigengewicht ist in Abbildung~
Hierbei ist die Anlage zum Boden hin fixiert sowie insgesamt mit der Erdbeschleunigung von \(\unit{9,8066}{m/s^2}\) belastet.
%
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=0.48\textwidth]{Randbedingungen_Beschleunigung.png}
\includegraphics[width=0.65\textwidth]{Randbedingungen_Beschleunigung.png}
\caption{Statische Randbedingungen Eigengewicht}
\label{fig:Randbedingungen:statisch:Eigengewicht}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
@@ -1161,7 +1162,7 @@ Hierbei ist die Anlage zum Boden hin fixiert sowie insgesamt mit der Erdbeschleu
\textsf{\textbf{Einzellasten}}
\\\nopagebreak
Die Randbedingung für die Berechnung infolge von Einzellasten ist in Abbildung~\ref{fig:Randbedingungen:statisch:Einzellast} dargestellt.
Hierbei ist die Anlage zum Boden hin fixiert sowie mit Einzellasten von \unit{80}{kN} an den Rotorblattspitzen belastet.
Hierbei ist die Anlage zum Boden hin fixiert sowie mit den Einzellasten von \unit{80}{kN} an den Rotorblattspitzen belastet.
In Abbildung~\ref{fig:Randbedingungen:statisch:Einzellast} rechts ist für die Berechnung mit Eigengewicht zusätzlich die Erdbeschleunigung von \(\unit{9,8066}{m/s^2}\) dargestellt.
%
\begin{figure}[H]\centering
@@ -1171,11 +1172,25 @@ In Abbildung~\ref{fig:Randbedingungen:statisch:Einzellast} rechts ist für die B
\label{fig:Randbedingungen:statisch:Einzellast}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
%\vspace{.5em}
%\textsf{\textbf{Stationäre}}
%\\\nopagebreak
\vspace{.5em}
\textsf{\textbf{Modalanalyse}}
\\\nopagebreak
%
\subsubsection{Analyseparameter}
Für die Modalanlyse mit Rotationsgeschwindigkeit wird für den Löser entsprechend die Dämpfung und der Coriolis"=Effekt aktiviert.
Die Randbedingung für die Modalanalyse ist in Abbildung~\ref{fig:Randbedingungen:modal} dargestellt.
Hierbei ist die Anlage ausschließlich zum Boden hin fixiert.
In Abbildung~\ref{fig:Randbedingungen:modal} rechts werden den Rotorblättern die stationäre Nennumdrehungsgeschwindigkeit von \(\unit{12,\,1}{min^{-1}}\) zugewiesen.
%
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=0.44\textwidth]{Randbedingungen_Modal.png}
\includegraphics[width=0.48\textwidth]{Randbedingungen_Rotationsgeschwindigkeit.png}
\caption[Randbedingungen zur Modalanalyse]{Randbedingungen zur Modalanalyse, rechts mit Nennumdrehungsgeschwindigkeit von $\unit{9,8066}{m/s^2}$}
\label{fig:Randbedingungen:modal}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
Für die geometrisch nichtlineare statische Analyse wird
\subsubsection{Analyseparameter}
Für die Modalanalyse mit Rotationsgeschwindigkeit wird für den Löser entsprechend die Dämpfung und der \textsc{Coriolis}"=Effekt aktiviert.
Für die geometrisch nichtlineare statische Analyse wird für den Löser entsprechend große Verformung aktiviert.
Das lösen erfolgt hierbei in zehn Unterschritten.