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Comparison of different cross-sectional approaches for the structural design and optimization of composite wind turbine blades based on beam models

Werthen, Edgar und Hardt, Daniel und Balzani, Claudio und Hühne, Christian (2023) Comparison of different cross-sectional approaches for the structural design and optimization of composite wind turbine blades based on beam models. Wind Energy Science. Copernicus Publications. doi: 10.5194/wes-2023-147. ISSN 2366-7443. (eingereichter Beitrag)

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Offizielle URL: https://wes.copernicus.org/preprints/wes-2023-147/

Kurzfassung

During the preliminary multidisciplinary design phase of wind turbine blades the evaluation of many design candidates plays an important role. Computationally efficient methods for the structural analysis are needed to cover the required effects, e.g., correct prediction of stiffness matrix entries including the (bend-twist) coupling terms. The present paper provides an extended overview of available approaches and shows their ability to fulfill the requirements for the composite design of rotor blades. Three cross-sectional theories are selected and implemented to compare the cross-sectional coupling stiffness terms and the stress distribution based on different multi-cell test cross-sections. The cross-sectional results are compared with the 2D finite element code BECAS and discussed in the context of accuracy and computational efficiency. The most promising approach achieved a better resolution of the stress distribution compared to BECAS and an order of a magnitude less computation time when the same discretization is used. The deviations of the stress distributions are below 10 percent for the most test cases. The results can serve as a basis for the beam-based design of wind turbine rotor blades.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200196/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:We would like to acknowledge the funding by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) under Germany´s Collaborative Research Center – CRC 1463/1 - Integrated design and operation methodology for offshore megastructures – Project-ID 434502799
Titel:Comparison of different cross-sectional approaches for the structural design and optimization of composite wind turbine blades based on beam models
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Werthen, EdgarEdgar.Werthen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3958-4552NICHT SPEZIFIZIERT
Hardt, Danieldaniel (at) daniel-hardt.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Balzani, ClaudioLeibnitz Universität Hannoverhttps://orcid.org/0000-0003-3432-3476NICHT SPEZIFIZIERT
Hühne, ChristianChristian.Huehne (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2218-1223NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 Oktober 2023
Erschienen in:Wind Energy Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.5194/wes-2023-147
Verlag:Copernicus Publications
ISSN:2366-7443
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Composite beams Analytical cross section approach Thin-walled structures Structural stiffness coupling Aeroelastic tailoring Structural optimisation
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Photovoltaik und Windenergie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Windenergie, L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemleichtbau > Funktionsleichtbau
Hinterlegt von: Werthen, Edgar
Hinterlegt am:06 Dez 2023 06:44
Letzte Änderung:29 Jan 2024 12:56

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