diff --git a/datas/statisch_nl_s_1000_300.txt b/datas/statisch_nl_s_1000_300.txt index 16ad66b..e8ff44f 100644 --- a/datas/statisch_nl_s_1000_300.txt +++ b/datas/statisch_nl_s_1000_300.txt @@ -1,5 +1,6 @@ - Zeit [s] Minimum [MPa] Maximum [MPa] -1 0,2 4,5937e-012 13,092 -2 0,4 1,6181e-011 26,239 -3 0,7 2,2719e-011 46,037 -4 1, 2,32e-011 65,901 +% Zeit [s] Minimum [MPa] Maximum [MPa] +0 0 0 0 +1 0.2 4.5937e-012 13.092 +2 0.4 1.6181e-011 26.239 +3 0.7 2.2719e-011 46.037 +4 1. 2.32e-011 65.901 diff --git a/datas/statisch_nl_u_1000_300.txt b/datas/statisch_nl_u_1000_300.txt index 8b3299e..8c490cb 100644 --- a/datas/statisch_nl_u_1000_300.txt +++ b/datas/statisch_nl_u_1000_300.txt @@ -1,5 +1,6 @@ - Zeit [s] Minimum [mm] Maximum [mm] -1 0,2 0, 726,99 -2 0,4 0, 1452,2 -3 0,7 0, 2532,7 -4 1, 0, 3601,4 +% Zeit [s] Minimum [mm] Maximum [mm] +0 0 0 0 +1 0.2 0. 726.99 +2 0.4 0. 1452.2 +3 0.7 0. 2532.7 +4 1. 0. 3601.4 diff --git a/figures/Netz_Nabe_400_150_g.png b/figures/Netz_Nabe_400_150_g.png new file mode 100644 index 0000000..c5d555b Binary files /dev/null and b/figures/Netz_Nabe_400_150_g.png differ diff --git a/main.tex b/main.tex index 63cba0e..c16bb6f 100755 --- a/main.tex +++ b/main.tex @@ -41,7 +41,7 @@ ANSYS CATIA DOWEC WindPACT \addcontentsline{toc}{section}{Abbildungsverzeichnis} \listoffigures\mtcaddsection %\vspace{2em} -%\clearpage +\clearpage \phantomsection \addcontentsline{toc}{section}{Tabellenverzeichnis} \listoftables\mtcaddsection diff --git a/sections/Appendix.tex b/sections/Appendix.tex index 1386546..d2be144 100755 --- a/sections/Appendix.tex +++ b/sections/Appendix.tex @@ -25,7 +25,7 @@ \markboth{Anhang}{} In diesem Abschnitt sind Skripte dargestellt, welche Grundlage dieser Arbeit sind. -\lstinputlisting[style=custom, basicstyle=\ttfamily\scriptsize, caption={MATLAB Create\_CATIA\_Makro.m},label=lst:MATLAB-CATIA-Makro]{datas/Create_CATIA_Makro.m} +\lstinputlisting[style=custom, basicstyle=\linespread{0.8}\ttfamily\tiny, caption={MATLAB Create\_CATIA\_Makro.m},label=lst:MATLAB-CATIA-Makro]{datas/Create_CATIA_Makro.m} %,label=lst:CATIA-Makro diff --git a/sections/Einleitung.tex b/sections/Einleitung.tex index f9b3a81..f1a0b93 100755 --- a/sections/Einleitung.tex +++ b/sections/Einleitung.tex @@ -6,16 +6,19 @@ Hintergrund der Masterthesis ist das an der HAW Hamburg durchgeführte Forschung 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 folgenden Punkte: -\begin{itemize} -\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 -\item Validierung des 3D-Strukturmodells anhand gegebener Literaturangaben -\item Durchführung verschiedener strukturmechanischer Analysen (z.B. Modalanalyse, -dynamische Analyse, statische Belastung durch das Windfeld o.ä.) -\end{itemize} +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 folgenden Punkte: +%\begin{itemize} +%\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 +%\item Validierung des 3D-Strukturmodells anhand gegebener Literaturangaben +%\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. \subsection{Forschungsprojekt} diff --git a/sections/Modellentwicklung.tex b/sections/Modellentwicklung.tex index 0c0c39d..565b81d 100755 --- a/sections/Modellentwicklung.tex +++ b/sections/Modellentwicklung.tex @@ -1093,7 +1093,7 @@ In Abbildung~\ref{fig:konvergenz:modal} ist die Konvergenz zu den Eigenfrequenze Für die nachfolgenden Berechnungen wurde ein Netz mit über 650 Tausend Freiheitsgrade -gewählt. +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. @@ -1124,17 +1124,19 @@ Die nachfolgende Lasteinleitung wird mittels spezieller Flächenelemente (SURF15 \begin{figure}[H]\centering -\includegraphics[width=0.95\textwidth]{Netz_Nabe_100_80_g.png} -\caption{Netz mit Elementkantenlängen zwischen \unit{80}{mm} und \unit{100}{mm}} +\includegraphics[width=0.95\textwidth]{Netz_Nabe_400_150_g.png} +\caption{Netz mit Elementkantenlängen von \unit{150}{mm} in den Rotorblättern und \unit{400}{mm} in dem Turm und der Gondel} \label{fig:Netz} \end{figure} \vspace{-1.5em} \subsubsection{Randbedingungen} -Im Folgenden werden für das Simulationsmodell Randbedingungen wie äußere Lasten und Lagerungen dargestellt. +Im Folgenden werden für das Simulationsmodell die Randbedingungen wie äußere Lasten und Lagerungen für die Berechnung infolge von Eigengewicht, Einzellasten und der Modalanalyse dargestellt. \vspace{.5em} \textsf{\textbf{Eigengewicht}} \\\nopagebreak +Die Randbedingung für die Berechnung infolge von Eigengewicht ist in Abbildung~\ref{fig:Randbedingungen:statisch:Eigengewicht} dargestellt. +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} @@ -1145,6 +1147,9 @@ Im Folgenden werden für das Simulationsmodell Randbedingungen wie äußere Last \vspace{.5em} \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. +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 \includegraphics[width=0.47\textwidth]{Randbedingungen_Einzelkraft.png} diff --git a/sections/Untersuchung.tex b/sections/Untersuchung.tex index 23c0813..7a30bdc 100755 --- a/sections/Untersuchung.tex +++ b/sections/Untersuchung.tex @@ -8,7 +8,8 @@ Dieser Abgleich soll ebenfalls als Verifikation des Simulationsmodells dienen. \subsection{Modalanalyse} - +Die Tabelle~\ref{tab:U:Modal} listet die Eigenfrequenzen der Anlage auf und +die Tabelle~\ref{tab:U:Modalvergleich} vergleicht die Eigenfrequenzen mit den Ergebnisses aus dem \ac{NREL}"=Bericht. % SOURCE: 506418 200_350.txt \begin{table}[H] \caption[Eigenfrequenzen der Windenergieanlage]{Eigenfrequenzen der Windenergieanlage}\label{tab:U:Modal}\centering @@ -30,7 +31,6 @@ Dieser Abgleich soll ebenfalls als Verifikation des Simulationsmodells dienen. \end{table}\vspace{-1em} - \begin{table}[H] \caption[Vergleich der Eigenfrequenzen mit der NREL-Ausgangs-WEA]{Vergleich der Eigenfrequenzen mit der NREL-Ausgangs-WEA}\label{tab:U:Modalvergleich}\centering \STsetdecimalsep{{,}} @@ -51,9 +51,10 @@ Dieser Abgleich soll ebenfalls als Verifikation des Simulationsmodells dienen. 6 & 0.6993 & 0.7019 & 6 & 0.79566 & & \\%7+(12)=2. v. 3 -> 9 7 & 1.0793 & 1.0740 & 8 & 1.0102 & & \\ 8 & 1.0898 & 1.0877 & 9 & 1.0756 & & \\ - 9 & 1.9337 & 1.6507 & 7 & 0.97752 & & \\[-.25em]%10=2. v. 5 -> 10 - & & & 12 & 2.3304 & (1-e12/b11)*100 & (1-e12/c11)*100 \\[-.25em] - & & & @7+12 & $\frac{<>+<>}{2} =:={(e11+e12)/2} $ & (1-e13/b11)*100 & (1-e13/c11)*100 \\ + 9 & 1.9337 & 1.6507 & 7 & 0.97752 & & \\ +% 9 & 1.9337 & 1.6507 & 7 & 0.97752 & & \\[-.25em]%10=2. v. 5 -> 10 +% & & & 12 & 2.3304 & (1-e12/b11)*100 & (1-e12/c11)*100 \\[-.25em] +% & & & @7+12 & $\frac{<>+<>}{2} =:={(e11+e12)/2} $ & (1-e13/b11)*100 & (1-e13/c11)*100 \\ 10 & 1.9223 & 1.8558 & 10 & 1.639 & & \\%11=2. v. 4 -> 11 11 & 2.0205 & 1.9601 & 11 & 2.2585 & & \\%12=11? 12 & 2.9003 & 2.8590 & 15 & 3.02 & & \\ @@ -63,6 +64,8 @@ Dieser Abgleich soll ebenfalls als Verifikation des Simulationsmodells dienen. \end{spreadtab} \end{table}\vspace{-1em} +In Tabelle~\ref{tab:U:Modalvergleich} ist eine gute Übereinstimmung der berechneten Eigenfrequenzen mit den Eigenfrequenzen aus dem \ac{NREL}"=Bericht zu erkennen. + \begin{figure}[H]\vspace{-0.5em}\centering \begin{tikzpicture}[scale=0.85] \begin{axis}[ @@ -147,7 +150,7 @@ coordinates \end{figure} \vspace{-1.5em} % \begin{figure}[H]\centering -\includegraphics[width=0.88\textwidth]{Eigengewicht_sig_max_blattrand.png} +\includegraphics[width=0.75\textwidth]{Eigengewicht_sig_max_blattrand.png} \caption[Detail der statische Analyse aufgrund Eigengewicht]{Detail der statische Analyse aufgrund Eigengewicht} \label{fig:Untersuchung:statisch:Eigengewicht:max} \end{figure} \vspace{-1.5em} @@ -200,5 +203,73 @@ Geometrisch Nichtlinear mit Einzellast & 3601,4 & 65,901 \\ \end{tabular} \end{table}\vspace{-1em} ~ +% +\begin{figure}[H]\centering %!htb +\begin{tikzpicture}[] +\begin{axis}[ + width=5.5cm, height=5cm, + title={}, + enlarge x limits=false, + enlarge y limits=false, + scale only axis, + grid=major, %grid style={dashed, gray!30}, + tick align = outside, + axis lines=left, % middle + %xmode=log,log basis x=10, + xmin=0, + xmax=1.05, + ymin=0, + ymax=3700, + xlabel={Zeit $t$ in s}, + ylabel={Max.\,Verformung $U$ in mm}, + yticklabel style={ /pgf/number format/.cd,fixed,fixed zerofill,precision=0}, + ytick={0,600,...,3600}, + legend style={ + nodes=right, + font=\small, + }, + legend pos=south west, +] + \pgfplotstableread{datas/statisch_nl_u_1000_300.txt}\datatable + \addplot[matlab2, thick, mark=x] table[x index=1, y index=3,skip first n=1] from \datatable; +\end{axis} +\end{tikzpicture}% +\hfill +\begin{tikzpicture}[] +\begin{axis}[ + width=5.5cm, height=5cm, + title={}, + enlarge x limits=false, + enlarge y limits=false, + scale only axis, + grid=major, %grid style={dashed, gray!30}, + tick align = outside, + axis lines=left, % middle + %xmode=log,log basis x=10, + xmin=0, + xmax=1.05, + ymin=0, + ymax=70, + xlabel={Zeit $t$ in s}, + ylabel={Max.\,Spannung $\sigma\ti{Mises}$ in MPa}, + yticklabel style={ /pgf/number format/.cd,fixed,fixed zerofill,precision=0}, + ytick={0,10,...,60}, + legend style={ + nodes=right, + font=\small, + }, + legend pos=south west, +] + \pgfplotstableread{datas/statisch_nl_s_1000_300.txt}\datatable + \addplot[matlab1, thick, mark=x] table[x index=1, y index=3,skip first n=1] from \datatable; +\end{axis} +\end{tikzpicture}% +\caption[ +Geometrisch nichtlineare statische Analyse +]{ +Geometrisch nichtlineare statische Analyse +}\label{fig:U:statisch:nl} +\end{figure} \vspace{-.5em} %\vspace{-1.5em} +% \subsection{Transiente Analyse} \ No newline at end of file