Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά
Η αιολική ενέργεια αποτελεί μια από τις εναλλακτικές μεθόδους παραγωγής ενέργειας που είναι φιλικές προς το περιβάλλον και η αποτελεσματική εκμετάλλευσή της εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ανεμογεννήτριες. Το μέγεθος των πτερυγίων είναι από τα βασικότερα χαρακτηριστικά μιας ανεμογεννήτριας καθώς κ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13720 |
| id |
nemertes-10889-13720 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σχεδιασμός πτερυγίου από ινώδη σύνθετα υλικά Αστοχίες Blade design from fibrous composite materials Failures |
| spellingShingle |
Σχεδιασμός πτερυγίου από ινώδη σύνθετα υλικά Αστοχίες Blade design from fibrous composite materials Failures Μακρής, Γιώργος Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| description |
Η αιολική ενέργεια αποτελεί μια από τις εναλλακτικές μεθόδους παραγωγής ενέργειας που είναι φιλικές προς το περιβάλλον και η αποτελεσματική εκμετάλλευσή της εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ανεμογεννήτριες. Το μέγεθος των πτερυγίων είναι από τα βασικότερα χαρακτηριστικά μιας ανεμογεννήτριας καθώς καθορίζει την ισχύ της. Τα πτερύγια έχουν μεγάλο μήκος ώστε να μπορούν να αξιοποιούν όσο το δυνατόν μεγαλύτερο ποσοστό αιολικής ενέργειας, ενώ ταυτόχρονα είναι λεπτά για να μην επηρεάζονται από ακραίες ταχύτητες ανέμου.
Στην συγκεκριμένη εργασία γίνεται ο σχεδιασμός ενός πτερυγίου οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά και το υπολογιστικό εργαλείο που θα χρησιμοποιηθεί είναι το ANSYS Workbench. Για την δημιουργία του πτερυγίου πρώτα θα υπολογιστούν συγκεκριμένες διατομές του από τις τροποποιημένες εξισώσεις για NACA 63-2xx χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MATLAB. Από αυτές τις διατομές θα δημιουργηθεί στη συνέχεια η επιφάνεια του πτερυγίου η οποία θα χωριστεί σε μικρότερες επιφάνειες για να επιτευχθεί καλύτερος σχεδιασμός.
Η εξωτερική φόρτιση του πτερυγίου αποτελείται από συγκεντρωμένα φορτία τα οποία χρησιμοποιούνται σαν προσέγγιση κατανομών φορτίσεων που υπάρχουν στο πτερύγιο. Γίνεται πρόβλεψη της αστοχίας χρησιμοποιώντας τα δύο κριτήρια αστοχίας Tsai-Hill και Hoffman και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ τους. Ακόμα γίνεται υπολογισμός των συνεπίπεδων δυνάμεων και ροπών για κάθε πεπερασμένο στοιχείο δύο διατομών και προκύπτουν συμπεράσματα για το ποια μέρη της διατομής δέχονται τις μεγαλύτερες φορτίσεις αλλά και για το αν υπάρχει συμφωνία ανάμεσα στις δυνάμεις και στις ροπές με την αστοχία.
Στην συνέχεια δημιουργούνται νέα μοντέλα που αποτελούν κομμάτια του πτερυγίου γύρω από την διατομή στην οποία επιδιώκεται ο υπολογισμός των δυνάμεων και τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για να γίνει σύγκριση στις δυνάμεις και ροπές και στην αστοχία και θα προκύψει ποιος τρόπος σχεδιασμού είναι πιο συντηρητικός. Τα αποτελέσματα για τις δυνάμεις και την αστοχία θα συγκριθούν και με τις τιμές που υπολογίζει το πρόγραμμα ROBUST. Όλα τα μοντέλα θα ελεγχθούν και ως προς τον λυγισμό και στο τέλος θα παρουσιαστεί ένας νέος σχεδιασμός του πτερυγίου σύμφωνα με τον οποίο δεν θα υπάρχει αστοχία.
Η συγκεκριμένη εργασία θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν ένα οδηγός για την δημιουργία ενός πτερυγίου οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά χρησιμοποιώντας το ANSYS Workbench. |
| author2 |
Makris, George |
| author_facet |
Makris, George Μακρής, Γιώργος |
| author |
Μακρής, Γιώργος |
| author_sort |
Μακρής, Γιώργος |
| title |
Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| title_short |
Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| title_full |
Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| title_fullStr |
Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| title_full_unstemmed |
Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| title_sort |
δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου α/γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13720 |
| work_keys_str_mv |
AT makrēsgiōrgos domikēanalysēkaischediasmospterygiouagorizontiouaxonaapoinōdēsynthetaylika AT makrēsgiōrgos structuralanalysisanddesignofwindturbinehorizontalaxisblademadeoffibrouscompositematerials |
| _version_ |
1771297252926554112 |
| spelling |
nemertes-10889-137202022-09-05T14:07:44Z Δομική ανάλυση και σχεδιασμός πτερυγίου Α/Γ οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά Structural analysis and design of wind turbine horizontal axis blade made of fibrous composite materials Μακρής, Γιώργος Makris, George Σχεδιασμός πτερυγίου από ινώδη σύνθετα υλικά Αστοχίες Blade design from fibrous composite materials Failures Η αιολική ενέργεια αποτελεί μια από τις εναλλακτικές μεθόδους παραγωγής ενέργειας που είναι φιλικές προς το περιβάλλον και η αποτελεσματική εκμετάλλευσή της εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ανεμογεννήτριες. Το μέγεθος των πτερυγίων είναι από τα βασικότερα χαρακτηριστικά μιας ανεμογεννήτριας καθώς καθορίζει την ισχύ της. Τα πτερύγια έχουν μεγάλο μήκος ώστε να μπορούν να αξιοποιούν όσο το δυνατόν μεγαλύτερο ποσοστό αιολικής ενέργειας, ενώ ταυτόχρονα είναι λεπτά για να μην επηρεάζονται από ακραίες ταχύτητες ανέμου. Στην συγκεκριμένη εργασία γίνεται ο σχεδιασμός ενός πτερυγίου οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά και το υπολογιστικό εργαλείο που θα χρησιμοποιηθεί είναι το ANSYS Workbench. Για την δημιουργία του πτερυγίου πρώτα θα υπολογιστούν συγκεκριμένες διατομές του από τις τροποποιημένες εξισώσεις για NACA 63-2xx χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα MATLAB. Από αυτές τις διατομές θα δημιουργηθεί στη συνέχεια η επιφάνεια του πτερυγίου η οποία θα χωριστεί σε μικρότερες επιφάνειες για να επιτευχθεί καλύτερος σχεδιασμός. Η εξωτερική φόρτιση του πτερυγίου αποτελείται από συγκεντρωμένα φορτία τα οποία χρησιμοποιούνται σαν προσέγγιση κατανομών φορτίσεων που υπάρχουν στο πτερύγιο. Γίνεται πρόβλεψη της αστοχίας χρησιμοποιώντας τα δύο κριτήρια αστοχίας Tsai-Hill και Hoffman και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ τους. Ακόμα γίνεται υπολογισμός των συνεπίπεδων δυνάμεων και ροπών για κάθε πεπερασμένο στοιχείο δύο διατομών και προκύπτουν συμπεράσματα για το ποια μέρη της διατομής δέχονται τις μεγαλύτερες φορτίσεις αλλά και για το αν υπάρχει συμφωνία ανάμεσα στις δυνάμεις και στις ροπές με την αστοχία. Στην συνέχεια δημιουργούνται νέα μοντέλα που αποτελούν κομμάτια του πτερυγίου γύρω από την διατομή στην οποία επιδιώκεται ο υπολογισμός των δυνάμεων και τα οποία θα χρησιμοποιηθούν για να γίνει σύγκριση στις δυνάμεις και ροπές και στην αστοχία και θα προκύψει ποιος τρόπος σχεδιασμού είναι πιο συντηρητικός. Τα αποτελέσματα για τις δυνάμεις και την αστοχία θα συγκριθούν και με τις τιμές που υπολογίζει το πρόγραμμα ROBUST. Όλα τα μοντέλα θα ελεγχθούν και ως προς τον λυγισμό και στο τέλος θα παρουσιαστεί ένας νέος σχεδιασμός του πτερυγίου σύμφωνα με τον οποίο δεν θα υπάρχει αστοχία. Η συγκεκριμένη εργασία θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν ένα οδηγός για την δημιουργία ενός πτερυγίου οριζοντίου άξονα από ινώδη σύνθετα υλικά χρησιμοποιώντας το ANSYS Workbench. Wind energy is one of the alternative energy production methods that are environmentally friendly, and its efficient exploitation depends to a large extent on wind turbines. The size of the blades is one of the main characteristics of a wind turbine as it determines its power. The blades have a big length so they can make the most of wind energy, while at the same time they are thin so as not to be affected by extreme wind speeds. In this work, a horizontal axis wind turbine rotor blade is designed from fibrous composite materials and the computer tool that will be used is the ANSYS Workbench. To create the blade, its specific cross-sections will first be calculated from the modified equations for NACA 63-2xx using the MATLAB program. These cross-sections will be used to create the surface of the blade which will be divided into smaller regions to achieve better design. The external loading of the blade consists of concentrated loads that are used as an approach to the load distribution along the blade as derived by aeroelastic calculations. Failure is predicted using the two failure criteria Tsai-Hill and Hoffman and a comparison is made between them. It also calculates the intermittent forces and torques for each finite element of two cross-sections and draws conclusions about which parts of the cross-section receive the largest loads and whether there is an agreement between the forces and the moments with the failure. Then two new F.E. models are created that are parts of the blade around the cross-section in which the calculation of forces is sought and which will be used to compare the forces and moments and the failure and which way of design will be more conservative. The results for the forces and the failure will be compared with the values calculated by the ROBUST program. All models will be tested for bending and in the end, there will be a new design of the blade according to which there will be no failure. This work can also be used as a guide to creating a horizontal axis wing made of fibrous composite materials using ANSYS Workbench. 2020-08-02T11:44:12Z 2020-08-02T11:44:12Z 2020-07-13 http://hdl.handle.net/10889/13720 gr application/pdf |
