Rotorblätter FEM-Simulation ist Basis für optimierte Gestaltung

Aufgrund der zunehmenden Komplexität von Aufbau und Geometrie wird die FEM-Simulation bei der Rotorblattgestaltung unverzichtbar. Sie sorgt für die nötige Effizienz und Sicherheit bei detaillierten Festigkeits- und Steifigkeitsanalysen geschichteter Composite-Strukturen.

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CADFEM Germany GmbH

Treston Deutschland GmbH

COSCOM Computer GmbH

Der elementarste und auffälligste Teil einer Windenergieanlage sind seine Rotorblätter. Damit wird die Energie des Windes in eine mechanische Drehbewegung umgesetzt, um einen Generator anzutreiben. Je höher der Wirkungsgrad der Rotorblätter ist, desto größer kann die „Gesamtenergieausbeute“ werden.

Numerische Simulationen optimieren Windkraft-Rotorblätter

Der Wirkungsgrad eines Rotorblatts wird hauptsächlich durch dessen aerodynamische Geometrie, dessen Gewicht und deren Steifigkeit bestimmt. Gefertigt werden die Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff in Halbschalen-Sandwichbauweise mit entsprechenden Versteifungsholmen oder -stegen im Inneren.

Zur optimalen Gestaltung der Rotorblätter kommen – genauso wie bei anderen Komponenten einer Windenergieanlage – verstärkt numerische Simulationen zur Anwendung. Sie ermöglichen, während des gesamten Entwicklungsprozesses die Auslegung der Blätter zu überprüfen oder unterschiedliche Entwurfsvarianten miteinander zu vergleichen.

Unterschiedliche Lastszenarien mittels Simulation getestet

Bei der Entscheidung hinsichtlich Form und Anordnung der Rotorblätter werden zunächst überwiegend Ergebnisse aus umfangreichen strömungsmechanischen Simulationen herangezogen. Die Gewichtsoptimierung der Blätter wird anschließend durch die Auswahl von Faserverbundwerkstoffen (Composites) realisiert, deren Effizienz in unterschiedlichen Lastszenarien strukturmechanisch zum Beispiel mit der Simulationssoftware Ansys von Cadfem getestet wird.

Ansys-Anwendern steht bereits seit vielen Jahren eine sehr bewährte Element- und Solver-Technologie zur Berechnung von Composites zur Verfügung. Mit Ansys Workbench nutzen Entwicklungsingenieure eine Simulationsumgebung, die eng an die CAD-Welt angebunden ist und auf Basis eines parametrischen Modells die gesamte Bandbreite unterschiedlicher „Physiken“ unter einer einheitlichen Benutzeroberfläche verbindet.

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