Dynamische Auslegung eines Heliostaten unter Berücksichtigung der fluktuierenden Windlasten mittels FEM-Simulation

Kurzfassung

Die Problemstellung dieser Thesis umfasst die Auslegung eines Heliostaten. Basierend auf einer im Windkanal gemessenen Druckverteilungszeitreihe wird die Dimensionierung vorgenommen. Es wird das Ziel verfolgt, dass der Heliostat dem vorgegebenen Lastfall standhält. Die Bauteile der Konstruktion dürfen aufgrund der entstehenden Spannungen nicht versagen. Ebenfalls soll eine Überdimensionierung vermieden werden, um Material und Kosten einsparen zu können. Zur Lösung der Problemstellung wird eine zeitabhängige FEM-Simulation entwickelt. Durch die transiente Berechnung des Modells wird die Berücksichtigung der Dynamik des Heliostaten vollzogen. Um die Rechenzeiten bei aus reichender Genauigkeit gering zu halten, werden geeignete Element-Typen ausgewählt. Durch Netzstudien werden die erforderlichen Elementgrößen bestimmt. Mittels einer Modalanalyse wird untersucht, ob kritische Resonanzeffekte ausgeschlossen werden können. Zudem sind die Moden die Basis für eine effiziente Berechnungsmethode der modalen Superposition. Die Dimensionierung der Bauteile kann auf Basis der Von-Mises-Vergleichsspannung durchgeführt werden. Dabei werden Anpassungen an der Konstruktion vorgenommen. Es werden sowohl Verstärkungen als auch Minderungen der Wandstärken vorgenommen. Daraus resultiert ein optimierter Heliostat. Zusätzlich wird ein Konzept zur Bestimmung der kritischsten Zeitpunkte einer Druckverteilungszeitreihe entwickelt. Dafür wird ein vereinfachtes FEM-Modell herangezogen, um einen längeren Zeitraum analysieren zu können.