عنوان پایان‌نامه
مطالعه تاثیر خواص مکانیکی مواد کامپوزیت بر روی رفتار سازه ای پره توربین بادی
- رشته تحصیلی
- مهندسی هوافضا - سازمان های هوافضایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74393;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 74393
- تاریخ دفاع
- ۱۱ اسفند ۱۳۹۴
- دانشجو
- مطهره خان پور
- استاد راهنما
- رهام رفیعی
- چکیده
- امروزه کاربرد توربین¬های بادی در صنعت به شدت گسترش یافته است که این امر منجر به ساخت پره¬های کامپوزیتی بلندتر و در نتیجه منعطف¬تر می¬شود. لذا بررسی تاثیر خواص مکانیکی مواد اولیه برای ساخت پره¬ها بر روی رفتار سازه¬ای آن¬ها اهمیت می¬یابد. در این پایان نامه به بررسی رفتار عمومی پره کامپوزیتی توربین بادی در مقیاس صنعتی پرداخته می¬شود. در همین راستا و به منظور یافتن محدوده¬ی مناسب خواص مکانیکی مواد کامپوزیت سازنده¬ی پره، ابتدا روش-های ساده¬سازی و استخراج خواص ¬سازه¬ای پره مورد بررسی قرار گرفته و روش BPE انتخاب می¬گردد. سپس با اعمال روش BPE بر روی پره مورد مطالعه، خواص سازه¬ای اولیه پره استخراج می¬شود. در ادامه با انجام تحلیل قطعی و تغییر خواص مکانیکی پارچه¬های کامپوزیتی سازنده پره هریک در تطابق با داده¬های فنی فروشندگان، روند تغییرات خواص سازه¬ای مورد بررسی قرار می¬گیرد. با توجه به میزان تغییرات خواص سازه¬ای نسبت به حالت اولیه، خواص مکانیکی غالب که بر روی رفتار سازه¬ای پره بیشترین تاثیر را دارد، تعیین می¬گردد. در ادامه با استفاده از تحلیل تصادفی، محدوده¬ی مجاز برای این خواص تعیین می¬شود. تحلیل تصادفی خواص با ایجاد ارتباط خودکار بین دو نرم¬افزار متلب و انسیس انجام می-گردد. برای این منظور با استفاده از روش شبیه¬سازی تصادفی مونت کارلو، خواص غالب تعیین شده در مرحله¬ی قبل، به صورت تصادفی تولید شده و با اعمال در مدل المان محدود سه¬بعدی تمام مقیاس، مقادیر فرکانس¬های طبیعی خمشی طولی و عرضی سازه محاسبه و مورد بررسی قرار می¬گیرند. در ادامه اثر جرم پارچه¬های سازنده نیز به عنوان عامل دیگری که بر فرکانس طبیعی پره موثر است مورد بررسی قرار می¬گیرد. در انتها، رفتار آیروالاستیک استاتیک و دینامیک پره، برای حالت بحرانی تغییرات خواص مکانیکی غالب که موجب بیشترین میزان تغییرات فرکانس طبیعی می¬شوند، مورد بررسی قرار می¬گیرد. کلمات کلیدی: پره کامپوزیتی، خواص مکانیکی، خواص سازه¬ای ، تحلیل تصادفی، مدل ساده شده.
- Abstract
- Nowadays the application of wind turbines is extremely increasing in power production industry. This leads to fabricating longer and more flexible composite blades. Thus, studying the effects of raw material’s mechanical properties on the blade’s structural behavior is an important issue. This research is focused on the general behavior of an industrial wind turbine blade made of composites. Therefore, determining the appropriate ranges for mechanical properties of investigated blade structure is necessary. Different methods for simplifying blade model are studied and Blade Properties Extractor (BPE) method is chosen. Consequently, simplified blade model is constructed and the structural behavior of blade is analyzed by variations in mechanical properties of raw materials. The dominant mechanical properties influencing the overall behavior of blade more significantly are determined by evaluating the differences in structural properties in comparison with the baseline. In the next step, the proper range of dominant mechanical properties are obtained by employing stochastic analysis. This is conducted by executing an integrated code between MATLAB software and ANSYS software. The dominant properties are generated randomly using Monte Carlo stochastic simulation method and applied to the 3D finite element full-scale model, the edgewise and flapwise frequencies of the blade are obtained. Moreover, as another effective factor of natural frequency, the weights of blade composites with dominant properties are studied. Finally, the static and dynamic aeroelastic behavior of the blade for the critical conditions obtained in previous section are performed. Keywords: Composite blade, Mechanical properties, Structural properties, Stochastic analysis, Simplified modeling.
