Nyt vingedesign gennem simulering af fabrikationsprocessen

Projektet har udnyttet værktøjer inden for processimulering til at øge forståelsen af vindmøllevinger. På baggrund af målingerne har projektdeltagerne designet en ny vinge, efterfulgt af en demonstration af dets styrke. Målet med designfasen var at reducere vingernes vægt med op til 40 %, da der kan sættes lighedstegn i mellem vægt- og omkostningsreduktion. Den fremstillede demo-vinge kollapsede dog ved 58 % af den forventede maksimale belastning.

Projektbeskrivelse

I de senere år er numeriske simuleringer af strukturelt gensvar fra laster blevet studeret intensivt, primært ved brug af Finite Element Metoden. Både elastiske gensvar og strukturelle svigt er studeret og fremskridt er blevet udført i forståelsen af strukturelle mekanismer, revneinitiering og udvikling, inkluderende effekter fra imperfektioner og defekter i strukturen. På trods af dette er forståelsen af effekter fra fabrikationsprocessernes styrke, imperfektioner og svigt mangelfuld og ikke på samme niveau som strukturelle mekanismer. Vi ser et stort potentiale ved at gøre brug af moderne proces simuleringsværktøjer til at forstå udviklingen af imperfektioner og dets størrelser og antal i fremtidens vindmøllevinger. Den seneste udvikling i forståelsen af struturelle mekanismer har ledt til flere nye ideer til at forbedre design af vindmøllevinger, men disse ideer er af begrænset værdi hvis de ikke kan blive fabrikeret eller hvis fabrikationsprocessen laver nye strukturelle svagheder. Derfor ser vi et stort potentiale ved brugen af moderne processimuleringsværktøjer. Formålet med projektet er to: 1) øge forståelsen af hvordan imperfektioner er formet og udvikler sig, og 2) at designe og fabrikere en ny vinge ved brug af de nye strukturelle løsninger ved brug af simuleringsværktøjer. Projektet afsluttes med en fuldskalatest der demonstrerer styrken af vingen

Resultater

Projektets ambition om at fremstille store vindmøllevinger med op til 40 % mindre materiale har vist sig at være ambitiøs. SSP Technology fremstillede en demo-vinge, som kollapsede ved 58% af forventet maksimal belastning. Årsagen til kollapset er ikke blevet fastslå med sikkerhed. Projektet har således vist, at der er behov for fuld-skala afprøvning af de beregnede styrkeforhold.

Projektet har også vist, at det er muligt at simulere vigtige dele af fremstillingsprocessen for langfibrede kompositmaterialer, at opstille modeller for hærdeforløb og ud fra disse beregne residualspændinger i laminatet. De anvendte modeller er blevet udformet som sub-rutiner til kommerciel software og vil således gøre det muligt at simulere større emner.

Fremskridtene, der er gjort i forbindelse med processimuleringen, vil kunne bidrage på flere områder pga. forbedrede muligheder for at optimere hærdeforløb og beregne residualspændinger. Processimuleirngen kan således anvendes til at effektivisere fremstillingsprocessen, reducere fejlprocenten i produktionen og reducere materialeforbruget til vingerne.

Projektet har endvidere været medvirkende til opstart af en spin-off virksomhed, som skal markedsføre patenter for de indvendige forstærkninger, som er anvendt.

Key figures

Periode:
2009 - 2012
Bevillingsår:
2009
Egen finansiering:
5,97 mio.
Støttebeløb:
5,48 mio.
Støtteprocent:
48 %
Projektbudget:
11,45 mio.

Kategori

Oprindelig title
Demonstration af nyt vingedesign ved brug af processimulering af fabrikationsprocessen
Program
EUDP
Fælles overordnet teknologiområde
Vind
Projekttype
Udvikling
Journalnummer
64009-0094

Deltagere

Danmarks Tekniske Universitet (DTU) (Main Responsible)
Partner og Økonomi
Partner Tilskud Eget bidrag
Danmarks Tekniske Universitet (DTU) 4.45 mio.

Kontakt

Kontakperson
Mølholt Jensen, Find
Adresse

Danmarks Tekniske Universitet. Risø Nationallaboratoriet for Bæredygtig Energi (Risø DTU). Afdelingen for Vindenergi
Frederiksborgvej 399, Bygning 118
DK-4000 Roskilde
www.risoe.dtu.dk
Mølholt Jensen, Find , 46775054, fimj@risoe.dtu.dk
Øvr. Partnere: Danmarks Tekniske Universitet. Institut for Mekanisk Teknologi (DTU Mekanik); SSP Technology A/S; Fiberline Composites A/S; Marström Composite AB