Programmasudruck im Anhang verkleinert und mit geringeren Zeilenabstand. Abbildung zum Netz mit gewählten abgeglichen. Beschreibende Texte zu Abbildungen in Modellentwicklung und Untersuchung. Und Abbildung zu nichlineare statische Analyse hinzugefügt.

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2015-08-31 01:05:53 +02:00
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@@ -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

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@@ -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}

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@@ -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}

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@@ -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{<<e11>>+<<e12>>}{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{<<e11>>+<<e12>>}{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}