Σχεδιασμός πύργων ανεμογεννητριών από σύνθετα υλικά

Abstract

Βασικός στόχος της διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της δομοστατικής συμπεριφοράς καθώς και μια προσέγγιση στο σχεδιασμό πύργων κολουροκωνικής μορφής, από υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές, που φέρουν ανεμογεννήτριες. Για την ικανοποίηση αυτού του στόχου εκτελέστηκαν τα εξής: α) Πειραματική διερεύνηση των μηχανικών ιδιοτήτων υαλοϊνοπλισμένου πολυμερούς β) Σύγκριση πειραματικών αποτελεσμάτων με αποτελέσματα θεωρητικών τύπων της Μηχανικής των σύνθετων υλικών, γ) Πειραματική διερεύνηση της στατικής απόκρισης στύλων κολουροκωνικής μορφής, από GFRP δ) Βαθμονόμηση μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων για την διεξαγωγή αναλύσεων, ε) Παραμετρικές αναλύσεις αναφορικά με την γεωμετρία πύργων από GFRP αλλά και με την αλληλουχία διαστρωμάτωσης του σύνθετου υλικού του φορέα στ) Σχεδιασμός στην Ο.Κ.Α, ζ) Αναλύσεις για τον προσδιορισμό αντίστοιχου φορέα από χάλυβα, η) Σύγκριση των πύργων από τα ανταγωνιστικά υλικά και εξαγωγή συμπερασμάτων. Η επίτευξη των ανωτέρω στόχων της διατριβής πραγματοποιήθηκε σε τρία στάδια. Στο πρώτο έγινε διερεύνηση και μελέτη της βιβλιογραφίας καθώς και διεξαγωγή αναλύσεων σε διάφορους τύπους πύργων με έμφαση σε αυτούς με κολουροκωνική μορφή. Στο δεύτερο στάδιο εκτελέστηκαν πειράματα σε δύο φάσεις. Αρχικά έγιναν πειράματα εφελκυσμού σε δοκίμια από υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές για τον προσδιορισμό μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού. Στη συνέχεια στύλοι κολουροκωνικής μορφής από υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές υπεβλήθησαν σε εγκάρσια φόρτιση ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα αναφορικά με την μορφή αστοχίας και την συμπεριφορά των φορέων αλλά και να γίνει βαθμονόμηση μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων. Τέλος ακολούθησαν παραμετρικές αναλύσεις και σχεδιασμός πύργου κολουροκωνικής μορφής, από το υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές των πειραμάτων, που φέρει ανεμογεννήτρια 30kW και πρόκειται να κατασκευαστεί στον Καναδά. Έγινε ακόμα σχεδιασμός αντιστοίχου φορέα από χάλυβα. Μερικά από τα βασικά συμπεράσματα της διατριβής μπορούν να συνοψισθούν στα εξής: 1) Οι θεωρητικοί τύποι της μηχανικής των σύνθετων υλικών δίνουν πολύ αξιόπιστα αποτελέσματα για τις μηχανικές τους ιδιότητες. 2) Στύλοι κολουροκωνικής μορφής που υπόκεινται σε εγκάρσια φόρτιση μπορούν να ανταπεξέλθουν ικανοποιητικά όταν το υλικό κατασκευής τους είναι υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές. 3) Η ανισοτροπία, οι άπειροι συνδυασμοί αλληλουχίας διαστρωμάτωσης και λόγου όγκου ινών των υαλοϊνοπλισμένων πολυμερών είναι παράγοντες που προκαλούν αβεβαιότητες όσο αφορά την συμπεριφορά αυτών των υλικών σε αντίθεση με τα συμβατικά υλικά. 4) H επιρροή των γεωμετρικών χαρακτηριστικών ενός πύργου κολουροκωνικής μορφής από υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές είναι σημαντική τόσο στο βάρος του φορέα όσο και στην κρίσιμη μετατόπιση στην κορυφή του. 5) Αποδεικνύεται ότι η αύξηση του ποσοστού στρώσεων με διαμήκη διεύθυνση ινών στη διαστρωμάτωση του υλικού οδηγεί στη μείωση της κρίσιμης μετατόπισης στη κορυφή του πύργου. Αποδεικνύεται επίσης ότι είναι απαραίτητη και η ύπαρξη στρώσεων με περιμετρική διεύθυνσή ινών γιατί διαφορετικά εμφανίζονται τοπικές αστοχίες. Η κατεύθυνση των ινών των διαμήκων στρώσεων πρέπει να είναι όσο το δυνατό πιο κοντινή σε αυτή του ύψους του πύργου. 6) Η συγκριτική διερεύνηση αντίστοιχου φορέα από χάλυβα οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το υαλοϊνοπλισμένο πολυμερές μπορεί να αποτελέσει ένα ευθέως ανταγωνιστικό υλικό για την κατασκευή πύργων ανεμογεννητριών.