Globaler Modellansatz zur Untersuchung des Einflusses der Klebschichtverbindungen eines Windrotorblattes auf das Strukturverhalten

Abstract

Im Rahmen der Energiewende soll die Anzahl der Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland massiv ausgebaut werden. Aufgrund der begrenzten Standorte wird ein großer Teil älterer Windkraftanlagen im Rahmen des sogenannten „Re-Powerings“ durch neue Anlagen mit verbesserten Wirkungsgraden ausgetauscht. Eine Steigerung des Wirkungsgrades wird unter anderem durch eine Leichtbauweise erreicht. Dazu gehört neben der Verwendung von langen und schlanken Rotorblättern auch der Einsatz von Klebeverbindungen. Hierbei ist es nötig das physikalische Verhalten von Klebever-bindungen zu untersuchen. Unzureichende analytische Lösungen und aufwendige expe-rimentelle Testverfahren haben zu einem verstärkten Einsatz von numerischen Verfah-ren, wie der Finiten-Elemente-Methode (FEM), geführt. Dabei werden zumeist zweidi-mensionale Schalenelmente verwendet, bei denen unter anderem die Schubspannungen in Dickenrichtung vernachlässigt werden. Hierdurch können wichtige Informationen über das Verhalten der Klebschicht verloren gehen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem Modellansatz, bei dem ein lokales, dreidimensionales Detailmodell mit einem globalen zweidimensionalen Gesamtmodell verknüpft wird. Hierfür wird ein bestehendes parametrisches Modell angepasst und anhand eines vereinfachten Beispielmodells vali-diert, wobei es zu einer guten Übereinstimmung zwischen numerischer und analytischer Lösung kommt. Anschließend wird das Verfahren an der Vorderkante eines Rotorblattes angewandt um die Korrelationen zwischen lokalen und globalen Spannungsverläufen entlang der Klebschicht zu untersuchen. Dabei werden verschiedene geometrische Pa-rameter der Klebschicht variiert. Zuletzt wird die Wirksamkeit des Simulationsverfahrens evaluiert.