Institut für Mechatronik e. V.


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Geförderte Projekte: 7


Modelle und Methoden für die effiziente Simulation von Lasten auf WKA (FastWTSim)


Simulationsmodell einer Windkraftanlage, Rotorblätter als nichtlineare FE-Modelle beschrieben, © Institut für Mechatronik e.V.
Simulationsmodell einer Windkraftanlage, Rotorblätter als nichtlineare FE-Modelle beschrieben, © Institut für Mechatronik e.V.

Projektidee

Mit dem Werkzeug alaska/Wind kann die Belastung von Windkraftanlagen (WKA) berechnet werden. Lasten sind das wesentliche Kriterium für die Auslegung und Zertifizierung solcher Anlagen. Ein Vorteil von alaska/Wind ist die Verwendung des allgemeinen MKS-Werkzeugs als Basis der Simulation des mechanischen Anlagenmodells. Das ermöglicht im Vergleich zu WKA-Spezialtools die Simulation gleicher Lastannahmen mit Modellen unterschiedlicher Auflösung. Detailliertere Modelle erlauben eine qualifizierte Auslegung einzelner Komponenten der Anlage, beispielsweise der antriebstechnischen Systeme sowie der Rotorblätter. Mit zunehmender Auflösung der Modelle verändern sich aber die mathematischen Eigenschaften der Modellgleichungen. Detaillierte Modelle erfordern deshalb die Verwendung impliziter Lösungsverfahren. Das Ziel des Projektes bestand darin, eine Reihe von Methoden zu entwickeln, mit denen Lastrechnungen auch mit höher aufgelösten Modellen in den WKA-Entwurfsprozess integriert werden können. Dazu soll unter anderem ein vollimplizites Lösungsverfahren, wie es in der Methode der finiten Elemente verwendet wird, für die effiziente Simulation hoch aufgelöster Mehrkörper-Modelle von WKA implementiert werden.

Kundennutzen

Der computergestützte Entwurf von WKA ist durch die Notwendigkeit der Simulation einer großen Anzahl von Lastfällen gekennzeichnet. Nur so kann der Einfluss konstruktiver Maßnahmen auf die Qualität der Anlage umfassend bewertet werden. Wenn bereits die Simulation einzelner Lastfälle für detaillierte Modelle Rechenzeiten von Stunden oder gar Tagen erfordert, besitzen virtuelle Prototypen für den Entwurfsprozess nur begrenzte Bedeutung. Deshalb wird im WKA-Entwurf oft auf sehr einfache Modelle zurückgegriffen, deren Aussagekraft in Bezug auf konstruktive Details begrenzt ist.
Mit den im Projekt entwickelten Modulen wird die Simulation von Lasten auch für detaillierte Modelle signifikant beschleunigt, so das die erforderlichen Rechenzeiten den Anforderungen eines Einsatzes im WKA-Entwurfsprozess gerecht werden können. Für Kunden erweitern sich dadurch die Anwendungsmöglichkeiten der Simulationssoftware im Entwurfsprozess beträchtlich, weil die für designrelevante Aussagen notwendige Anzahl von Lastfällen auch für hoch aufgelöste Anlagenmodelle in relativ kurzer Zeit analysiert werden kann. Entsprechend können der Entwurfsprozess beschleunigt und das Risiko von Neuentwicklungen ohne den Bau teurer Prototypen verringert werden.

Ausblick

Die entwickelten Module ermöglichen insgesamt eine bessere Durchdringung der verschiedenen Prozesse der WKA-Entwicklung, wie z.B. Zertifizierung, Regelerentwurf, Komponenten- und Anlagendesign mit Simulationstechnik. Sie werden ab 2016 innerhalb des Produktes alaska/Wind verfügbar sein. Es ist davon auszugehen, dass höher aufgelöste Modelle dann in Kürze den Standard in der Simulation von WKA bestimmen werden. Daraus werden sich neue Anforderungen an die Prozessintegration von Simulationsmodellen ergeben, die auf allgemeinen MKS-Modelliersystemen basieren.

Stand: 06.10.2015
Projektdaten aktualisiert: 31.10.2014

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