FEM-System MEANS V10 FEM-Anlayse einer vereinfachten Windkraftanlage mit Schalen- und Balkenelementen

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1 FEM-System MEANS V10 FEM-Anlayse einer vereinfachten Windkraftanlage mit Schalen- und Balkenelementen Homepage: Telefon:

2 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 1 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage mit Schalen- und Balkenelementen Teil 1: FEM-Modell Es wird mit dem FEM-System MEANS V10 von HTA-Software gezeigt wie man eine Windkraftanlage als vereinfachtes FEM-Modell auch mit einem nicht so leistungsfähigen FEM- System berechnen kann. Es werden Schalen- und Balkenelemente verwendet die gegenüber den Volumenelementen den großen Vorteil haben, daß die Wandstärken der Gondel und des Stahlturmes variierbar sind ohne das FEM-Netz jedesmal neu generieren zu müssen. Für den Lastfall Eigengewicht werden die Rotorblätter aus CFK, die in Teil 2: FEM-Berechnung mit quasiisotropen Materialgesetz Teil 3: FEM-Berechnung mit anisotropen Materialgesetz mit verschiedenen Materialgesetzen berechnet werden, als Balkenelelemente idealisiert, da nur das Gewicht der Rotorblätter benötigt wird. Für die Berechnung der Eigenfrequenzen wird dagegen ein FEM-Modell ohne Rotorblätter verwendet, da vorallem die untersten Biegeschwingungen des Stahlturmes interessieren. Außerdem ist hier ein Rechenvergleich mit Benchmarks verfügbar. Moderne Windkraftanlage mit Innenansicht

3 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 2 FEM-Modell mit 6 Elementgruppen Folgenden Arbeitsschritte müssen durchgeführt werden um die Windkraftanlage zu erstellen: Schritt 1: Unterseite und linke Seite mit der neuen Funktion 2D-Netzgenerator als Dreiecksnetz vernetzen Schritt 2: Linke Seite mit Knotenbereich und der neuen Funktion Koordinaten-Faktor hochklappen Schritt 3: Restliche Seiten wie Vorder- und Hinterseite sowie rechte und obere Seite mit der neuen Funktion 3D-Netzgitter als Vierecksnetz vernetzen Schritt 4: Turm mit konischem Verlauf mit der neuen Funkton Knotenbereich kopieren und extrudieren als Vierecksnetz erzeugen Schritt 5: Nabe mit Knotenbereich kopieren und extrudieren erzeugen Schritt 6: Rotorblätter als Balkenelemente erzeugen

4 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 3 Neue Funktionen im Linien-Modus Der Knoten-Modus wird für die Erzeugung von Knotenlasten oder Einspannungen verwendet indem man einen Knoten-bereich definieren und selektieren kann. So lassen sich z.b. auch Kanten oder Linien von Flächen selektieren. Der Linien-Modus ist dagegen eine komplett neue Entwicklung und dient dazu CAD ähnlich 3D-Strukturen aus Schalen oder Balken zu vernetzen. Im Linien-Modus können Knoten, Linien oder Kreisbögen der Struktur hinzugefügt werden. Ebenfalls lassen sich Knotenbereiche kopieren, extrudieren und vernetzen. Als Netzgeneratoren stehen der bekannte 2D-Netzgenerator aus MEANS-SHELL sowie ein neuer interaktiver 3D-Netzgitter-Generator zur Verfügung. Knoten-Modus Linien-Modus

5 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 4 Erzeugung des Linienmodells Erzeugen Sie im Linien-Modus folgendes Linienmodell und vernetzen es mit dem 2D- Netzgenerator. 1.) Erzeugung Rechteck mit EG=1 (gelb) Linie 1: Punkt 1 (-3000 / 0 / 0 ) nach Punkt 2 ( 8000 / 0 / 0 ) Linie 2: Punkt 2 ( 8000 / 0 / 0 ) nach Punkt 3 ( 8000 / 5000 / 0 ) Linie 3: Punkt 3 ( 8000 / 5000 / 0 ) nach Punkt 4 ( / 5000 / 0 ) Linie 4: Punkt 4 ( / 5000 / 0 ) nach Punkt 1 ( / 0 / 0 ) 2.) Erzeugung eines Kreises mit D=2000 mm und mit EG=1 (gelb) (wird benötigt für den Naben-Durchmesser mit den Rotorblätern) Mittelpunkt ( / 2500 / 0 ) und Radius = ) Erzeugung eines Kreises mit D=3000 mm und mit EG=1 (gelb) (wird benötigt für den Turm-Durchmesser oben 3000 mm und unten 5000 mm) Mittelpunkt ( 4500 / 2500 / 0 ) und Radius = ) Erzeugung Rechtecks mit EG=2 (blau) (wird benötigt damit die linke Seite zum Hochklappen eine senkrechte Linie erhält) Linie 1: Punkt 1 (-200 / 300 / 0 ) nach Punkt 2 ( 0 / 300 / 0 ) Linie 2: Punkt 2 ( 0 / 300 / 0 ) nach Punkt 3 ( 0 / 4700 / 0 ) Linie 3: Punkt 3 ( 0 / 4700 / 0 ) nach Punkt 4 ( -200 / 4700 / 0 ) Linie 4: Punkt 4 ( -200 / 4700 / 0 ) nach Punkt 1 ( -200 / 300 / 0 ) 5.) Erzeugung Rechtecks mit EG=2 (blau) (wird benötigt für eine zweite Elementgruppe für Getriebe und Generator) Linie 1: Punkt 1 (-3000 / 0 / 0 ) nach Punkt 2 ( 8000 / 0 / 0 ) Linie 2: Punkt 2 ( 8000 / 0 / 0 ) nach Punkt 3 ( 8000 / 5000 / 0 ) Linie 3: Punkt 3 ( 8000 / 5000 / 0 ) nach Punkt 4 ( / 5000 / 0 ) Linie 4: Punkt 4 ( / 5000 / 0 ) nach Punkt 1 ( / 0 / 0 )

6 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 5 2D-Netzgenerator

7 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 6 Elementgruppe 2 erzeugen

8 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 7 Linke Seite hochklappen

9 Kapitel 18: FEM-Analyse einer vereinfachten Windkraftanlage 8 Vorderseite mit 3D-Netzgitter erzeugen