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Daniel Weschke
2015-08-28 14:51:13 +02:00
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sections/Modellentwicklung.tex
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@@ -62,13 +62,13 @@ Strukturdämpfung (über alle Moden) & \unit{0,\!477465}{\%} \\
\ac{NREL} richtet sich bei den Rotorblätter an das DOWEC"=Konzeptmodell.
Somit versteht sich der, in der Tabelle~\ref{tab:NRELRotor} angegebene, Skalierungsfaktor darauf, die aus dem DOWEC"=Konzeptmodell übernommene Massenverteilung auf die Gesamtmasse der Rotorblätter von der REpower\,5M Muster"=\ac{WEA} zu skalieren.
\ac{NREL} listet ebenfalls in Abhängigkeit von dem Nabenradius in 49 Stellen Informationen zu Steifigkeiten und Massenschwerpunkte.
\ac{NREL} listet ebenfalls, in Abhängigkeit von dem Nabenradius, an 49 Stellen Informationen zu den Steifigkeiten und den Massenschwerpunkte auf.
Das Masterprojekt \emph{Entwicklung eines Abschnittes des NREL Rotorblattes mit anisotropen Material anhand gegebener Steifigkeitsdaten}~\cite{MP15} setzte sich bereits mit diesen Informationen auseinander und werden hier übernommen.
\subsubsection{Gondel und Spinner}
Die Höhe der Nabe, Spinner und der Gondel über dem Grund ist bei \unit{90}{m} und
Die Höhe der Nabe, des Spinners und der Gondel über dem Grund ist bei \unit{90}{m} und
das Maß zwischen Turmachse und der Rotorebene oder der Nabe ist \unit{5}{m} entgegen der Windrichtung.
Bezogen auf der Gesamtturmhöhe liegt die Nabe \unit{2,\!4}{m} höher.
Damit liegt das Gierlager bei einer Höhe von \unit{87,\!6}{m} über dem Grund.
@@ -97,7 +97,7 @@ Lage über dem Gierlager & \unit{1,\!75}{m} \\[.25em]
\subsubsection{Antrieb}
Die Nennumdrehungsgeschwindigkeit der \ac{WEA} von \unit{12,\!1}{min^{-1}} orientiert sich an der REpower\,5M Anlage.
Die Tabelle \ref{tab:NRELAntrieb} listet die von \ac{NREL} ausgewählten Eigenschaften des Antribes auf.
Die Tabelle \ref{tab:NRELAntrieb} listet die von \ac{NREL} ausgewählten Eigenschaften des Antriebes auf.
\begin{table}[H]
\caption[Eigenschaften vom Antrieb der NREL 5-MW Ausgangs"=Windenergieanlage]{Eigenschaften vom Antrieb der NREL 5-MW Ausgangs"=Windenergieanlage~\cite{NREL09}}\label{tab:NRELAntrieb}\centering
\begin{tabular}{llllllll}
@@ -142,7 +142,9 @@ Strukturdämpfung (über alle Moden) & \unit{1}{\%} \\
\subsubsection{Frequenzen und stationäres Verhalten der Forschungsanlage}
\ac{NREL} berechnete mit zwei verschiedenen Modellen Eigenfrequenzen einer linearisierten Eigenwertanalyse ihrer küstenzugewandten Ausgangs"=\ac{WEA}. Benannt sind die beiden Modelle als FAST"=Modell und ADAMS"=Modell und beschreiben eine balkenähnliche Simulation.
\ac{NREL} berechnete mit zwei verschiedenen %Modellen
Programmen
Eigenfrequenzen einer linearisierten Eigenwertanalyse ihrer küstenzugewandten Ausgangs"=\ac{WEA}. Benannt sind die beiden Modelle als FAST"=Modell und ADAMS"=Modell und beschreiben eine balkenähnliche Simulation.
%Beide Modelle berechnen das linearisierte Eigenwertproblem.
Das Ergebnis dieser Eigenfrequenzanalyse listet die Tabelle \ref{tab:NRELFreq} auf.
@@ -193,15 +195,15 @@ Steifigkeiten und Massen zuzuweisen.
Dabei zeigten anfängliche Versuche im Forschungsprojekt \ac{WindNumSim}, dass das Nachbilden der Steifigkeiten für die Rotorblätter mit den zur Verfügung stehenden Daten nicht trivial sind.
Somit ist es beispielsweise unmöglich das Verhalten der \ac{WEA} mit ausschließlich isotrope Werkstoffe nachzuempfinden. %% TODO: Referenz zu einer Arbeit
Erste Überlegungen die Steifigkeit für das Rotorblatt abzubilden wurden in einem vorangegangenen Masterprojekt~\citep{MP15} durchgeführt. Als Resultat wird eine Modellierung nach \ac{SNL} \cite{SANDIA13} gewählt, welches ein in \acs{MATLAB} geschriebenes Programm speziell zur Berechnung von Rotorblättern entwickelte.
Dieses Programm -- genannt \acs{NuMAD} -- erstellt ein in \emph{\ac{APDL}} geschriebene Datei. Das Ergebnis der Rotorblattmodellierung welche die vorgegebenen Steifigkeiten nachbilden zeigt die Abbildung \ref{fig:LageraufbautenAPDL}.
Dieses Programm -- genannt \acs{NuMAD} -- erstellt ein in \emph{\ac{APDL}} geschriebene Datei. Das Ergebnis der Rotorblattmodellierung welche die vorgegebenen Steifigkeiten nachbilden zeigt die Abbildung \ref{fig:LagenaufbautenAPDL}.
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=0.95\textwidth]{Lageraufbauten_iso_ou.PNG}
\caption{Lageraufbauten im Rotorblatt mit Hilfe von Sandias NuMAD-Programm}
\label{fig:LageraufbautenAPDL}
\caption{Lagenaufbauten im Rotorblatt mit Hilfe von Sandias NuMAD-Programm}
\label{fig:LagenaufbautenAPDL}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
In Abbildung~\ref{fig:LageraufbautenAPDL} ist zusehen, dass das Modell aus vielen kleinen Einzelflächen besteht.
In Abbildung~\ref{fig:LagenaufbautenAPDL} ist zusehen, dass das Modell aus vielen kleinen Einzelflächen besteht.
Auf diesen Einzelflächen sind jeweils eigene Materialparameter in Form von unterschiedliche Lagenaufbauten mit unterschiedlichen Materialien verbunden.
Die hauptsächliche Modifikation besteht darin, das CATIA"=Modell um die dargestellten Einzelflächen zu erweitern, sodass diese in das vom Forschungsprojekt verwendete ANSYS"=Workbench"=Modell importiert und mit den Lageraufbauten erweitert werden kann.
Die hauptsächliche Modifikation besteht darin, das CATIA"=Modell um die dargestellten Einzelflächen zu erweitern, sodass diese in das vom Forschungsprojekt verwendete ANSYS"=Workbench"=Modell importiert und mit den Lagenaufbauten erweitert werden kann.
\subsubsection{Rotorblatt}
@@ -463,12 +465,12 @@ Das Ergebnis der bisherigen Schritten ist in Abbildung~\ref{fig:LängsschnitteCA
Mit dem MATLAB"=Programmausdruck~\ref{lst:MATLAB-CATIA-Makro} im Anhang kann das vollständige CATIA"=Makro erzeugt und in CATIA mit dem übernommenen Computermodell ausgeführt werden.
Als letzte Aufbereitung für das Rotorblatt werden die Längsflächen direkt in CATIA mit dem Rotorblatt geschnitten sowie überstehende Flächen der Längsversteifungen getrimmt.
An dieser sind alle Vorbereitungen für das Simulationsmodell vorgenommen.
An dieser Stelle sind alle Vorbereitungen für das Simulationsmodell vorgenommen.
Die anderen Bauteile der \ac{WEA} sind ausreichend modelliert beziehungsweise benötigen keine Modifikation für den Einbau von Materialparameter.
\subsection{Simulationsmodell} % Berechnungsmodell oder Simulationsmodell
In diesem Abschnitt wird der Aufbau des Simulationsmodells näher beschrieben.
In diesem Abschnitt wird der Aufbau des Simulationsmodells beschrieben.
Dabei wird auf verwendete Elemente, Netzfeinheit und Randbedingungen sowie vorgegebene Analyseeinstellung eingegangen.
Die Simulation erfolgt mit dem FEM"=Programm \emph{ANSYS} über die \emph{Workbench}-Oberfläche in der 15.\,Version.
@@ -508,9 +510,9 @@ Dabei variiert der Lagenaufbau je nach Position beziehungsweise von der jeweilig
}\\\nopagebreak
%
Die Informationen der Lagenaufbauten, die die Zuordnung zu den Einzelflächen und die jeweiligen Dicken des Mehrschichtverbunds beschreiben sind in der ANSYS"=Einlesedatei \texttt{shell7.src} von Zeile 145 bis 8.677 zu finden.
Ein Ausschnitt des Inhalts ist in den folgenden Programmausdruck~\ref{lst:APDL-Lageraufbau} dargestellt.
Ein Ausschnitt des Inhalts ist in den folgenden Programmausdruck~\ref{lst:APDL-Lagenaufbau} dargestellt.
%
\begin{lstlisting}[firstnumber=145, style=custom, language=Fortran, basicstyle=\ttfamily\scriptsize, caption={APDL shell7.src: Definition der Lagenaufbauten}, label=lst:APDL-Lageraufbau]
\begin{lstlisting}[firstnumber=145, style=custom, language=Fortran, basicstyle=\ttfamily\scriptsize, caption={APDL shell7.src: Definition der Lagenaufbauten}, label=lst:APDL-Lagenaufbau]
! WRITE THE COMPOSITES =================================
! 000000\_HP\_CAP
@@ -535,7 +537,7 @@ Die Abbildungen~\ref{fig:Längsschnitte} sowie~\ref{fig:Querschnitt} stellen und
%
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=0.95\textwidth]{Laengsschnitte_drauf.PNG}
\caption{Lageraufbauten im Rotorblatt mit gleichen Materialzusammensetzungen}
\caption{Lagenaufbauten im Rotorblatt mit gleichen Materialzusammensetzungen}
\label{fig:Längsschnitte}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
%
@@ -546,7 +548,7 @@ Hierbei ist die Unterseite des Rotorblatts analog zu der in Abbildung~\ref{fig:L
% 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112
\begin{figure}[H]\centering
\includegraphics[width=0.30\textwidth,angle=-90,trim={1cm 0 1.5cm 0},clip]{Querschnitt.pdf}
\caption{Lageraufbauten im Rotorblatt mit gleichen Materialzusammensetzungen im Querschnitt bei 17\,m}
\caption{Lagenaufbauten im Rotorblatt mit gleichen Materialzusammensetzungen im Querschnitt bei 17\,m}
\label{fig:Querschnitt}
\end{figure} \vspace{-1.5em}
%