Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Gafari nadooshan,Nima Nouri,MohammadReza Forouzan
رضا جعفری ندوشن (استاد مشاور) نیما نوری فعله کری (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Afrouz Hajimoradi
افروز حاجی مرادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Determination of the lifetime of an E-glass/epoxy composite turbine blade by Mandel method
The extreme consumption of Fossil fuels has caused concerns about energy crisis and environmental issues. Meanwhile, wind is known as an important renewable energy source converted mostly to the electricity. A wind turbine blade is considered the most critical part of the system and its fatigue life is of great significance in designing procedures. In this research, a glass-epoxy composite wind turbine of defined geometry and material is designed in Catia and simulated in ABAQUS under known loading. Blades were simulated with shell elements (S4R). Different parallel and perpendicular aerodynamic loads along the blade’s chord were analyzed and moved to the aerodynamic center calculated over different longitudinal stations and then every section was coupled to the aerodynamic center. Moreover, centrifugal load was taken into account in this analysis. centrifugal load caused 10% increase in tension and 10% decrease in compression in comparison with the results obtaioned by Spera method. Then, fatigue life was estimated by Spera empirical formula and Mandell method. This study aims at finding the biggest possible dimensions for the blade taking design and strength considerations into account. In this regard, the blade was redesigned with 20% increase in dimensions keeping the load per area constant and two designs were presented for composite lay-up and strengthening elements (spar and web) assuming a lifetime of 20 years. The results showed improvement in fatigue safety factor under tension and compression. To verify the accuracy of implemented lay-up in simulation, several Coupon of turbine material were fabricated. Elastic properties of coupons were measured using standard tests such as tension. Torsion, pure and anticlastic bending tests were also carried out to verify the corresponding simulations. Keywords : Turbine Blade, Wind Energy, Glass-Epoxy Composite, Fatigue Life, Coupon Test, Anticlastic Bending
امروزه نگرانی در مورد بحران انرژی و مسائل زیست‌محیطی به دلیل مصرف بیش‌ازحد سوخت های فسیلی افزایش یافته است. به همین دلیل انرژی باد به‌عنوان یک منبع تجدیدپذیر مهم شناخته شده است که توسط توربین باد عمدتاً به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. در بین اجزای توربین بادی پره توربین معمولاً به‌عنوان بحرانی ترین جزء شناخته می شود؛ بنابراین طول عمر خستگی پره باید در طراحی آن در نظر گرفته شود. در این تحقیق ابتدا یک پره توربین باد کامپوزیتی شیشه-اپوکسی با هندسه و جنس مشخص تحت بارگذاری معلوم در نرم افزار کتیا ترسیم و در نرم افزار آباکوس تحلیل تنش شد. در شبیه سازی پره به‌صورت پوسته [1] با المان S4R مدل شد و برای اعمال بارهای آئرودینامیکی، نتایج حاصل از تحلیل آئرودینامیکی پره در راستای وتر و عمود بر آن به مرکز آئرودینامیکی ایستگاه های مختلف طولی وارد گردید و بدین منظور هر مقطع به مرکز آئرودینامیکی کوپل شد. هم چنین در تحلیل پره، نیروی گریز از مرکز نیز در نظر گرفته شد. در نظر گرفتن نیروی نیروی گریز از مرکز باعث کاهش تنش ها و افزایش ضریب ایمنی نسبت به نتایج روش اسپرا شد. سپس، عمر خستگی با استفاده از فرمول تجربی اسپرا و روش مندل تخمین زده شد. هدف این تحقیق دستیابی به برآوردی از بزرگ‌ترین سایز پره ممکن از دیدگاه طراحی و استحکام بود. به این منظور طرح جدید پره با ?? درصد افزایش ابعاد با فرض بارگذاری بر واحد سطح مشابه ایجاد شد و برای لایه چینی و استحکامات داخل پره برای عمر ?? سال دو طرح پیشنهاد شد. نتایج طراحی به ترتیب منجر به افزایش ضریب ایمنی خستگی گردید. در مرحله بعدی تحقیق، به جهت انجام بررسی های لازم برای حصول اطمینان از صحت سنجی لایه چینی استفاده شده در پره توربین شبیه‌سازی‌شده، چند کوپن از ماده تشکیل دهنده پره توربین با توجه به امکانات موجود ساخته شد. خواص الاستیک کوپن ها با آزمون‌های استاندارد ازجمله آزمون کشش استخراج شده و این خواص با آزمون‌هایی نظیر آزمون خمش، پیچش و خمش آنتی کلاستیک هم چنین شبیه سازی این آزمون‌ها صحت سنجی شد. کلمات کلیدی: پره توربین، انرژی باد، کامپوزیت شیشه-اپوکسی، عمر خستگی، کوپن تست، خمش آنتی کلاستیک [1] shell

ارتقاء امنیت وب با وف بومی