Untersuchung von Klebschichtverbindungen an Substrukturen eines Windrotorblattes

Basierend auf der energiepolitischen Zielsetzung der Bundesregierung spielt die Windenergie eine tra-gende Rolle in der zukünftigen Stromerzeugung Deutschlands. Durch eine starke staatliche Förderung soll der Anteil der Windenergie an der Bruttostromerzeugung von derzeit etwa 7% auf 17% im Jahre 2020 und auf 30% im Jahre 2030 gesteigert werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei Wege beschritten: Zum einen werden beim sogenannten „Repowering“ an der Küste oder im Binnenland ste-hende Windenergieanlagen (WEA) durch leistungsstärkere ersetzt. Zum anderen werden in erheblichem Umfang weit vor den Küsten liegende „Offshore“-Windparks mit Anlagen extremer Leistungsklasse und Baugröße geplant. Um den Wirkungsgrad der WEA zu erhöhen, existiert die Forderung in der Rotorblattentwicklung, Gewicht einzusparen. Dies führt im Allgemeinen zu langen und schlanken Rotorblättern, welche eine größere Flexibilität aufweisen. Mit größer werdender Flexibilität rücken aeroelastische und strukturdynamische Problemkreise stärker in den Vordergrund. Insbesondere Klebschichtverbindungen werden stark beansprucht und versagen häufig. Diese Bereiche sollten aus diesem Grund hinreichend gut abgebildet werden. Um die Komplexität zu reduzieren sollen Untersuchungen auf Substrukturebene durchgeführt werden. Hierdurch ist es möglich den Detailgrad der Modellierung deutlich zu erhöhen. Die gewonnen Erkenntnisse können dann zur Moderllierung des Gesamtrotors genutzt werden.

Im ersten Teil der Arbeit sollen Erweiterungen an dem parametrischen Modellgenerator DELiS Erweite-rungen vorzunehmen, welche eine Kopplung detaillierter Klebschichtmodelle ermöglichen. Ziel ist es, durch eine vereinfachte Modellerstellung eine Vielzahl von Variationen (a) der Klebschichtart und (b) der Position und Geometrie der Klebschicht untersuchen zu können. Nachdem die Erweiterungen implementiert worden sind, soll das erstellte parametrische Modell mit einem aktuellen Modell aus der Industrie abgeglichen werden. Dieser Ist-Zustand soll die Referenz darstellen, um den Einfluss der Klebschichtverbindungen zu untersuchen. Hierzu sollen verschiedene Parameter variiert und deren Einfluss dokumentiert werden.
Im Einzelnen sollen folgende Aufgabenschwerpunkte bearbeitet werden:

Literaturrecherche zum Thema Windblattmodellierung und deren Konstruktionskonzepte
Implementierung von Kriterien in Ansys User Subroutines zur Bewertung von Klebeschichten
Einfluss von verschiedenen Klebschichtdesigns auf das Strukturverhalten
Auswertung der Ergebnisse hinsichtlich des Potentials zur Gewichtsreduktion

Es ist eine ausführliche Dokumentation zu den einzelnen Programmteilen anzufertigen.

Weitere Informationen

Unternehmen

Thesius Inspiration

Bereich/Abteilung

DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Maschinenbau und Betriebstechnik

Schlagwörter

Klebschichtmodelle Windblattmodellierung Klebschichtverbindungen Rotorblattentwicklung Windenergie

Anforderungen

- Studium der Fachrichtungen Maschinenbau, Mathematik, Informatik, Luft- und Raumfahrt, o.ä. von FH oder Uni
- Kenntnisse über die finite Elemente Methode
- erste Erfahrungen mit kommerziellen FEM Tools (Abaqus, Ansys, Nastran, etc. wünschenswert)
- Programmiererfahrung (Python oder Fortran)

Zusatzinformationen

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Fachliche/r Ansprechpartnerin
Dr.-Ing. Christian Willberg

Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
Tel.: +49 0531 295-2489