Simulationsprogramm Windkraftanlagen numerisch simulieren

Die heutigen Möglichkeiten der numerischen Simulation von Windkraftanlagen gehen weit über die vergleichsweise rudimentären Berechnungen der 90er Jahre hinaus. Hyper Works von Altair Engineering hilft Windkraftanlagen virtuell auszulegen und zu erproben.

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In den neunziger Jahren beschränkte sich die rechnerische Auslegung von Windkraftanlagen auf verhältnismäßig einfache Simulationen wie beispielsweise die Simulation der aerodynamischen Lasten auf die Rotorblätter. Auch eine Kopplung zu Mehrkörpersimulationssystemen war damals bereits möglich und lieferte in Verbindung mit den aerodynamischen Werkzeugen bereits wichtige Erkenntnisse zum mechanischen Zusammenspiel der Komponenten sowie zum Schwingungsverhalten des Gesamtsystems. Ebenso wurden bereits Finite Elemente Programme zum Festigkeitsnachweis sowie eine Reihe von firmeninternen Programmen eingesetzt, um die Ingenieure in ihrer Arbeit zu unterstützen.

Erfahrungen aus anderen Industriebereichen zu Nutze gemacht

Die heutigen Möglichkeiten der numerischen Simulation bzw. der virtuellen Auslegung von Windkraftanlagen gehen weit über diese damals vergleichsweise rudimentären Berechnungen hinaus. Die Windenergieindustrie hat sich dabei Erfahrungen aus anderen Industriebereichen wie Automobil oder Luftfahrt zu Nutze gemacht und setzt nun dieselben Werkzeuge, zugeschnitten auf die eigenen Fragestellungen, ein. So spielen heute Gewichts- und Fertigungsoptimierung der Anlage, Lebensdaueruntersuchungen und insbesondere der optimierte Einsatz von Verbundmaterialkomponenten bereits in der Frühphase der Auslegung eine wichtige Rolle.

Numerische Simulation indentifiziert kritische Bereiche

Eine Vielzahl technischer Gesichtspunkte ist nötig, um eine Windkraftanlage zu konzeptionieren, auszulegen und zu dimensionieren. Dabei gilt die Integration von Design und Konstruktion, Werkstoffen und Prozessen und das Erreichen einer hohen Betriebssicherheit der Anlage als besondere Herausforderung. Mit der numerischen Simulation, bei der die Beanspruchung eines Systems auf Basis realer Betriebslasten ermittelt wird, können rechnerisch die kritischen Bereiche identifiziert werden. Durch die Kombination weiterer Detailsimulationen und experimenteller Überprüfungen an der realen Struktur werden die Kenntnisse dieser Bereiche vertieft und die Eigenschaften zielgerichtet verbessert. Das Ergebnis dieser Arbeitsweise ist eine einfache, günstige und robuste Optimierung des gesamten Systems durch den Ausschluss lokaler Schwachpunkte.

Teil 2: Offshore-Bereich verlangt neue Simulationsmethoden

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