Einfluss fertigungsbedingter Imperfektionen auf die Betriebsfestigkeit von FKV-Schalenstrukturen in Sandwichbauweise

Publikation: Hochschulschrift/AbschlussarbeitDissertation

Beitragende

Abstract

Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) weisen häufig lange vor dem Erreichen der prognostizierten Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren Risse in der Blattschale auf. Die Folge sind aufwendige Reparaturen am installierten und schwer zugänglichen Rotorblatt und der kostenintensive Nutzungsausfall durch den Stillstand der WEA. Als mögliche Initiatoren für die Schäden in der Blattschale der Rotorblätter gelten fertigungsbedingte Imperfektionen. Für die Untersuchung des Einflusses dieser Imperfektionen auf das Ermüdungsverhalten der Rotorblätter wurde an der BAM (Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung) ein Prüfstand für statische und zyklische Versuche von Schalensegmenten im intermediate scale entwickelt und betrieben. Die untersuchten Schalensegmente in Sandwichbauweise sind der Rotorblattschale von WEA im Hinblick auf die Strukturmechanik, die Halbzeuge, den Laminataufbau und dem eingesetzten Fertigungsverfahren ähnlich. Als Imperfektionen wurden verschiedenen Variationen von Lagenstößen in die Hautlagen und Schaumstöße mit Breitenvariation in den Stützkern reproduzierbar eingebracht. Die Überwachung des Schädigungszustandes während der Schwingversuche unter realistischen Lastszenarien erfolgt über eine kombinierte in situ Schädigungsüberwachung mittels passiver Thermografie und Felddehnungsmessung. Mit den durchgeführten Schwingversuchen, der begleitenden Überwachung des Schädigungszustandes sowie dem validierten FEM-Modell ließen sich die Schadensinitiation und die signifikante Reduktion der Lebensdauer durch die eingebrachten Imperfektionen zweifelsfrei nachweisen. Die abgeleiteten Designregeln liefern für die Ingenieurpraxis wichtige Konstruktionshinweise und unterstützen die betriebssichere Auslegung von gekrümmten Sandwichkonstruktionen wie beispielsweise WEA-Rotorblätter.

Details

OriginalspracheDeutsch
QualifizierungsstufeDr.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer:in / Berater:in
  • Gude, Maik, Betreuer:in
  • Trappe, Volker, Gutachter:in, Externe Person
Förderer
  • Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Datum der Verteidigung (Datum der Urkunde)26 Apr. 2021
ISBN's (print)978-3-86780-700-5
PublikationsstatusVeröffentlicht - 11 Apr. 2022
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Schlagworte

Schlagwörter

  • Leichtbau, Faser-Kunststoff-Verbund, Sandwich-Bauweise, Imperfektion, Glasfaser, Epoxidharz, Komponentenprüfung, intermediate Scale, Windenergie, Lightweight construction, fibre-plastic composite, sandwich construction, imperfection, glass fibre, epoxy resin, component testing, intermediate scale, wind energy