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\thispagestyle{plain}
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\section{Einleitung}\label{sec:Einleitung}
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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
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von Fluid-Struktur-Interaktionen.
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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.
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Die Bearbeitung umfasst die folgenden Punkte:
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\begin{itemize}
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\item Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergie-
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anlage mit CATIA V5
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\item Erstellung eines 3D-Strukturmodells der Windenergieanlage mit vollständigem
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Laminataufbau der Rotorblätter in ANSYS Workbench
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\item Vernetzung der Struktur mit Schalenelementen
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\item Validierung des 3D-Strukturmodells anhand gegebener Literaturangaben
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\item Durchführung verschiedener strukturmechanischer Analysen (z.B. Modalanalyse,
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dynamische Analyse, statische Belastung durch das Windfeld o.ä.)
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\end{itemize}
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Die FEM-Berechnung wird mit dem Programm ANSYS durchgeführt.
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\subsection{Forschungsprojekt}
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Das Forschungsprojekt zur \ac{WindNumSim}\footnote{WindNumSim, URL: \url{http://www.mp.haw-hamburg.de/pers/Graetsch/WindNumSim_main.htm}}.
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\subsection{Windenergieanlage}
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Bei der \ac{WEA} handelt es sich um eine von \emph{\ac{NREL}}\footnote{NREL, URL: \url{http://www.nrel.gov/}} zusammengestellte küstenabgewandte Ausgangs"=\ac{WEA},
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welche im Forschungsbericht \emph{Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development} \cite{NREL09} dokumentiert ist.
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Das \ac{NREL} verwendet als Grundlage die öffentlich zugänglichen Informationen der Muster-\ac{WEA} von \emph{Multibrid~M5000} und \emph{REpower~5MW}.
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Aufgrund unzureichend öffentlichen Informationen der Muster-\ac{WEA}, verwendet das \ac{NREL} zusätzlich öffentlich zugängliche Eigenschaften der Konzeptmodelle von den Projekten \emph{WindPACT}, \emph{RECOFF} und \emph{DOWEC}.
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Die \ac{WEA} ist somit eine Zusammensetzung der einzelnen Modellen mit den repräsentativsten Spezifikationen.
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Da die \emph{REpower~5MW} gegenüber der \emph{Multibrid~M5000} für das \ac{NREL} eher konventionelle und erwartende Eigenschaften hat und die \emph{DOWEC} sehr hohe Übereinstimmung mit der \emph{REpower~5MW} hat, ist die \ac{NREL} Ausgangs-\ac{WEA}
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hauptsächlich aus diesen beiden Arbeiten entstanden.
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Neben der hiesigen Verwendung der Ausgangs-\ac{WEA} von \ac{NREL}, fand die \ac{WEA} unter anderem für Projekte des \emph{U.S. DOE's Wind \& Hydropower Technologies Program}s und des \emph{European Union UpWind research program}s sowie der \emph{International Energy Agency (IEA) Wind Annex XXIII Subtask 2 Offshore Code Comparision Collaboration (OC3)} Anwendung.
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\subsection{Modellbildung}
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Zur Modellbildung der \ac{WEA} kommen unterschiedliche Programme zum Einsatz.
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Die dreidimensionale Geometrieerzeugung erfolgt mit dem \acs{CAD}"=Programm \emph{CATIA\,V5} von der Firma \emph{Dassault Systèmes}\footnote{URL: \url{http://www.3ds.com/de/}}.
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Die Simulation hingegen erfolgt mit dem \acs{FEM}"=Programm \emph{ANSYS Mechanical} von der Firma \emph{ANSYS}\footnote{URL: \url{http://www.ansys.com/de_de}} über die \emph{ANSYS Workbench} in der 15.\,Version.
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Abbildung \ref{fig:E:Interaktionen} zeigt die groben Modellinteraktionen.
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\begin{figure}[H]\centering
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\begin{tikzpicture}[mindmap, scale=0.85,
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% level 1 concept/.append style={level distance=130,sibling angle=30}
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every node/.style={concept, execute at begin node=\hskip0pt, scale=0.85},
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text=white, grow cyclic,
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level 1 concept/.append style={level distance=4.75cm,sibling angle=45},
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level 2/.append style={level distance=3cm,sibling angle=30},
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root concept/.append style={
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concept color=black, fill=white, line width=1ex, text=black
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}
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]
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\begin{scope}[mindmap, text=white]
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\node [root concept, font=\bfseries] (modell) {Berechnungs-modell}[clockwise from=0]
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child [concept color=matlab7, grow=10] {node (cad) {Computermodell}}
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child [concept color=matlab7, grow=200] {node (la) {Lagenaufbaustudie}};
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\end{scope}
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\begin{scope}[mindmap, concept color=matlab2,text=white]
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\node [concept] at (1,-8.5) {Programme}
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child [concept, grow=155]
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{node (ansys) {ANSYS}
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child[grow=75] {node (workbench) {Workbench}}
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child[grow=135, level distance=90] {node (apdl) {APDL}}
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}
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child [grow=50, level distance=170]
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{node [concept] (catia) {CATIA}}
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child [grow=85]
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{node [concept] (vba) {VBA"=Makro}}
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child [grow=185, level distance=180]
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{node [concept] (matlab) {MATLAB}};
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\end{scope}
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\begin{scope}[mindmap, concept color=matlab1,text=white]
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\node [concept] at (-2.5,4.5) (nrel) {NREL"=Ausgangs"=WEA} [clockwise from=0]
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child [grow=-10]
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{node [concept] (mbm5) {Multibrid M5000}}
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child [grow=20]
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{node [concept] (rep5) {REpower 5MW}}
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child [grow=170]
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{node [concept] (windpact) {WindPACT}}
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child [grow=200]
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{node [concept] (recoff) {RECOFF}}
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child [grow=230]
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{node [concept] (recoff) {DOWEC}};
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\end{scope}
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\begin{pgfonlayer}{background}
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\path (nrel) to[circle connection bar] (modell);
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\path (nrel) to[circle connection bar] (la);
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\path (nrel) to[circle connection bar] (cad);
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\path (workbench) to[circle connection bar] (modell);
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\path (vba) to[circle connection bar] (catia) to[circle connection bar] (cad);
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\path (matlab) to[circle connection bar] (apdl) to[circle connection bar] (la);
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% \draw [circle connection bar]
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% (nrel) edge (modell)
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% (nrel) edge (la)
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% (nrel) edge (cad)
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% (workbench) edge (modell)
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% (catia) edge (vba) edge (cad)
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% (apdl) edge (matlab) edge (la);
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\end{pgfonlayer}
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\end{tikzpicture}
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\caption{Modellinteraktionen}
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\label{fig:E:Interaktionen}
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\end{figure} \vspace{-1.5em}
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%\begin{tikzpicture}[
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% mindmap,
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% every node/.style={concept, execute at begin node=\hskip0pt},
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% root concept/.append style={
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% concept color=black, fill=white, line width=1ex, text=black
|
|
% },
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% text=white, grow cyclic,
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|
% level 1/.append style={level distance=4.5cm,sibling angle=90},
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|
% level 2/.append style={level distance=3cm,sibling angle=45}
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%]
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%
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%\node[root concept] {Berechnungs-modell} % root
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%child[concept color=red] { node {Programme}
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%child { node {ANSYS} }
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%child { node {CATIA} }
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%child { node {MATLAB} }
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%child { node {} }
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%}
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%child[concept color=blue] { node {NREL"=Ausgangs"=WEA}
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%child { node {Multibrid M5000} }
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%child { node {REpower 5MW} }
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%child { node {WindPACT} }
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%child { node {RECOFF} }
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%child { node {DOWEC} }
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%child { node {} }
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%}
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%child[concept color=orange] { node {Measuring Complexity}
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%child { node {Complexity Measures} }
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%child { node {Classifying Complexity} }
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%child { node {Comparing Complexity} }
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%child { node {Describing Complexity} }
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|
%}
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%child[concept color=green!50!black] { node {Solving Problems}
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%child { node {Exact Algorithms} }
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%child { node {Randomization} }
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%child { node {Fixed-Parameter Algorithms} }
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|
%child { node {Parallel Computation} }
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%child { node {Partial Solutions} }
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%child { node {Approximation} }
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%};
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%\end{tikzpicture} |