Gestaltung der Lasteinleitungselemente für ein Windenergierotorblatt mit verformbarer Hinterkante

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der strukturellen Auslegung und Optimierung von geklebten L-Stringeranbindungen innerhalb des Projekts Smart Blades. Dazu wird auf ein bereits erstelltes Finite Elemente Gesamtmodell einer formvariablen Flügelhinterkante zurückgegri en. Zur genaueren Untersuchung des mechanischen Spannungszustands werden die resultierenden Knotenverschiebungen und Antriebskräfte des Gesamtmodells in ein Submodell umgesetzt. Um in diesem Submodell die Anbindungsgeometrie zu optimieren, wird das Modell parametrisch aufgebaut. Die Parametrisierung erfolgt mithilfe der Skriptsprache APDL(Ansys Parametric Design Language) und dem Programm Ansys®Academic Teaching Advanced, Release 14.0. Dieses parametrische Submodell wird im Anschluss mit verschiedenen Randbedingungen in einer Reihe von Parameterstudien untersucht und unter Berücksichtigung von Festigkeitskriterien der Faserverbundwerksto e und der Klebung ausgelegt. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass die als Festkörpergelenk ausgeführten L-Stringeranbindungen bei der geplanten Antriebskinematik keine ausreichende Festigkeit aufweisen. Die Ergebnisse der Simulation werden im Anschluss durch verschiedene Experimente überpr üft. Dazu werden zwei Versuchskörper ausgelegt, die eine für den betrachteten Fall anwendungsnahe Geometrie aufweisen. Aus den Ergebnissen der Versuche werden im Anschluss Rückschlüsse für zukünftige Simulationen und Experimente gezogen. This paper works on the structural dimensioning and optimization of adhesively bonded single-L joint structures. It was written as part of the Project Smart Blades of the DLR. A submodelling approach was used in order to analyze the detailed stress distribution within the structure. The necessary node displacements and forces were taken out of a given Finite Element Model of the Smart Blade structure. The submodel was designed as highly parametric in order to be able to cover a large design space in the analysis. Therefore, the model was build up with the scripting language APDL(Ansys Parametric Design Language) within Ansys®Academic Teaching Advanced, Release 14.0. The parametrical submodel was later analyzed with various boundary conditions in a number of parameter studies. The influences of the model parameters on the failure criteria for the composite and adhesive materials were evaluated and an optimal solution was found for the considered design space. However, the studies show that the connections of the L-Stiffner, which are designed as flexure hinges, are not capable of withstanding the high forces under operational conditions. The results of the numerical studies were afterwards evaluated in experiments. Therefore, two test specimen were designed that represent an application-related geometry. The results of the experiments are used to give suggestions for improvements for future finite element models and experiments.