Διερεύνηση διαφορετικών ινοπλισμένων σύνθετων υλικών πτερυγίου ανεμογεννήτριας και συμπεριφορά του σε λυγισμό λόγω κάμψης

Σαββάκη, Ευγενία Κ.; Savvaki, Evgenia K.

dc.contributor.author	Σαββάκη, Ευγενία Κ.	el
dc.contributor.author	Savvaki, Evgenia K.	en
dc.date.accessioned	2016-07-06T06:40:14Z
dc.date.available	2016-07-06T06:40:14Z
dc.date.issued	2016-07-06
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42987
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.4756
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Εφαρμοσμένη Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Πτερύγια ανεμογεννήτριας	el
dc.subject	Σύνθετα υλικά	el
dc.subject	Ινοπλισμένα πολυμερή	el
dc.subject	Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων	el
dc.subject	Λυγισμός	el
dc.subject	Wind turbine blades	en
dc.subject	Composite materials	en
dc.subject	Fiber–reinforced polymers	en
dc.subject	Finite element analysis	en
dc.subject	Buckling	en
dc.title	Διερεύνηση διαφορετικών ινοπλισμένων σύνθετων υλικών πτερυγίου ανεμογεννήτριας και συμπεριφορά του σε λυγισμό λόγω κάμψης	el
dc.title	Numerical investigation of different fiber–reinforced composite materials for wind turbine blades in buckling capacity due to flap-wise bending	en
dc.contributor.department	Εφαρμοσμένη Μηχανική	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική	el
heal.classification	Mechanics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-30
heal.abstract	Τα πτερύγια των σύγχρονων ανεμογεννητριών κατασκευάζονται με ολοένα και μεγαλύτερο μήκος, στην προσπάθεια αύξησης της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος, που υπαγορεύεται από τις εντεινόμενες ενεργειακές ανάγκες και την εξάπλωση των ΑΠΕ. Η απαίτηση για αύξηση της απόδοσης, με ταυτόχρονη μείωση σε υλικά και συνολικό βάρος των πτερυγίων, άρα και σε κόστος, καλύπτεται από καινοτόμα σύνθετα υλικά, που χρησιμοποιούνται σε πολυστρωματικές και sandwich δομές στο εξωτερικό κέλυφος, αλλά και στο μηχανισμό που παρέχει στο πτερύγιο την στήριξη εσωτερικά, διασφαλίζοντας του την απαιτούμενη αντοχή και δυσκαμψία, σε τοπικό και καθολικό επίπεδο. Στην παρούσα εργασία μελετάται, μέσω της προσομοίωσης σε πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων, ο μηχανισμός αυτός, στην περίπτωση που αποτελείται από ενιαία κιβωτιοειδή δομή κοίλης διατομής. Μέσω της παραμετρικής ανάλυσης που πραγματοποιήθηκε επιχειρήθηκε να διερευνηθεί η συμπεριφορά σε λυγισμό λόγω κάμψης του μηχανισμού εσωτερικής στηρίξεως όταν μεταβάλλεται: η γεωμετρία, ο τρόπος επιβολής φόρτισης που προκαλεί flap–wise κάμψη και τα ινοπλισμένα πολυμερή σύνθετα υλικά από τα οποία αποτελείται. Μελετήθηκαν συνολικά δεκαπέντε μοντέλα, όπου σε όλες τις περιπτώσεις πραγματοποιούνταν και οι δύο αναλύσεις λυγισμού, γραμμική και μη γραμμική. Μέσω της πρώτης γινόταν γρήγορος έλεγχος του μοντέλου και της απόκρισης του, ενώ σχηματιζόταν μία πρώτη εικόνα για την κατά προσέγγιση τιμή του κρίσιμου φορτίου λυγισμού. Η μη γραμμική ανάλυση ωστόσο δίνει αποτελέσματα πιο ρεαλιστικά και επιβάλλεται να διεξάγεται σε περιπτώσεις όπου, όπως η εξεταζόμενη, οι αλλαγές στη γεωμετρία, λόγω των μεγάλων παραμορφώσεων επηρεάζουν αισθητά τη σχέση φορτίου – μετατόπισης (περίπτωση γεωμετρικής μη γραμμικότητας). Από τη μη γραμμική ανάλυση υπολογίστηκαν τα κρίσιμα φορτία λυγισμού, με πιο ασφαλείς τιμές, αφού από τη γραμμική ανάλυση υπερεκτιμώνται, και εξήχθησαν οι καμπύλες φορτίου – μετατόπισης για όλες τις εξεταζόμενες περιπτώσεις. Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων σχηματίστηκε μια εποπτική εικόνα όχι μόνο για το φορτίο λυγισμού και το πώς αυτό επηρεάζεται όταν μεταβάλλονται οι παράμετροι που αναφέρθηκαν παραπάνω, αλλά και για τη μεταλυγισμική συμπεριφορά και αντοχή των μοντέλων. Κατέστη έτσι δυνατή και η συγκριτική αξιολόγηση της απόκρισης των διαφορετικών ινοπλισμένων σύνθετων υλικών, που χρησιμοποιήθηκαν στο υπολογιστικό προσομοίωμα. Με βάση αυτή εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα βελτιστοποίησης του σχεδιασμού του μηχανισμού στηρίξεως, αφού προκύπτουν σημαντικά πλεονεκτήματα από τον συνδυασμό διαφορετικών ινοπλισμένων πολυμερών σε υβριδικά μοντέλα και την ευρύτερη χρήση τους σε σχέση με σήμερα, αλλά και η πρόκληση αξιοποίησης νέων υλικών με υψηλές μηχανικές ιδιότητες.	el
heal.abstract	Modern wind turbines blades become increasingly larger, in order to amplify the electrical power output, in order to fulfill the growing energy needs and the expansion of renewable energy sources. The demand for high performance, with a simultaneous reduction of the total weight of the blades (thus with a cost reduction), is covered by innovative polymer composite materials. These materials are used in laminates and sandwich structures for the outer aerodynamic shell, but also for the internal load–carrying structure, ensuring the required strength and stiffness of the blade, both locally and globally. In the present study, the support structure is investigated through finite element simulation, for the case of a hollow one–piece construction section (box girder). Through parametric analyses we attempt to investigate the buckling behavior due to flap-wise bending of the load–carrying box girder, with respect to the following parameters: the geometry, the way of loading imposition and the fiber–reinforced composite material properties. Totally fifteen models were used and in all cases both linear and non-linear buckling analysis were performed. Linear analysis offers a quick check of the model and its response, while a rough value of the critical buckling load is estimated. However, nonlinear analysis leads to more realistic results and should always be performed in cases where changes in geometry due to large deformations significantly affect the relationship between the applied load and the displacement (geometrical non linearity). From the nonlinear analysis, the critical buckling loads are more precise (since the linear analysis proved to overestimate them) and the equilibrium paths were exported for all the cases considered. This study offers a clear perspective about the buckling capacity and its sensitivity on the parameters mentioned above, but also about the postbuckling behavior and strength of the models. The results of this dissertation guide to useful conclusions for the structural design optimization of the load-carrying box girder, as significant advantages are derived from the combination of different fiber–reinforced polymers in hybrid material structures.	en
heal.advisorName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος	el
heal.committeeMemberName	Κοντού, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Σιδερίδης, Αιμίλιος	el
heal.committeeMemberName	Sideridis, Aimilios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	108 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true