Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması

Altan KAYRAN (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
Cevdet KAYNAK (Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Metalurji Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)
9 5

Proje Grubu: MAG Sayfa Sayısı: 487 Proje No: 213M611 Proje Bitiş Tarihi: 15.11.2016 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 26-11-2019

Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması

Öz:
Proje kapsamında, eğilme-burulma etkileşimli kompozit kanatların türbin sistemindeki iç yüklerin azalması üzerindeki etkileri incelenmiştir. Proje iki ana safhada gerçekleştirilmiştir. Birinci safhada, kompozit yapılarda eğilme-burulma etkileşimi deneysel olarak Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) yöntemi ile ölçülmüş, sonlu elemanlar yöntemi ile elde edilen sonuçlar ile kıyaslamalar yapılmış ve proje başarı kriteri sağlanmıştır. SGB sistemi ile deneysel çalışmalar, türbin kanat kirişlerinin arasındaki flanş bölgelerini benzeten kompozit plaka ve kutu kiriş yapıları üzerinde gerçekleştirilmiştir. SGB sistemi ile elde edilen eğilme-burulma etkileşimi bilgisi niteliksel olarak değerlendirilmiş ve farklı kompozit malzeme ve farklı fiber açı konfigürasyonlarının yarattığı eğilme-burulma etkileşimlerinin birbirlerine göre olan göreceli farkları belirlenmiştir. Ayrı bir iş paketi altında kanat kirişlerinin flanşlarında kullanılan kompozit malzemelerin dinamik mekanik karakterizasyonu da yapılmış ve malzeme sönümleme katsayılarının farklı kompozit malzeme ve fiber açı konfigürasyonları ile nasıl değiştiği belirlenmiştir. Sönümleme katsayılarının rüzgar türbin sisteminin zamana bağlı aeroelastik analizlerinde nasıl kullanılabileceği ayrıntılı bir şekilde açıklanmıştır. Onaylanan Bütçe: Projenin ikinci safhasında, bütün bir rüzgar türbin sisteminin esnek çoklu kütleli modelinin zamana bağlı aeroelastik analizleri, farklı eğilme-burulma etkileşimli kanat konfigürasyonları için gerçekleştirilmiş ve eğilme-burulma etkileşimli kompozit kanatların türbin sistemindeki iç yüklerin azalması üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde çalışılmıştır. Öncelikle, analizlerde kullanılan cam-elyaf epoksi kanadın üç boyutlu tasarımı yapılmış ve jenerik bir rüzgar türbin modeli yaratılmıştır. Rüzgar türbin kanat kirişlerinin arasındaki flanş bölgelerinde kullanılan tek yönlü karbon ve cam-elyaf fiber takviyeli epoksi katmanların kanat eksenine göre açılı yerleştirilmeleri ile yaratılan değişik malzeme konfigürasyonuna sahip kanatlar, rüzgar türbin sisteminin çoklu kütleli modeline aktarılmış ve her değişik kanat malzeme konfigürasyonu için farklı bir türbin modeli yaratılmıştır. IEC 61400-1 rüzgar türbin tasarım standardında da tanımlandığı gibi, türbin modellerinin altı farklı türbülanslı rüzgar koşulunda zamana bağlı aeroelastik analizleri gerçekleştirilmiştir. Zamana bağlı aeroelastik analiz sonuçları işlenmiş ve her tasarım yük durumu için yorulma hasarına eşdeğer iç yükler türbin sisteminde seçilmiş olan izleme noktalarında hesaplanmıştır. Eğilme-burulma etkileşimli kanatların dahil edildiği rüzgar türbin sistemlerinde bazı yorulma hasarına eşdeğer yüklerde %20 yi aşan oranlarda azalmalar meydana gelmiştir. Gerçekleştirilen zamana bağlı rüzgar türbin analiz sonuçlarına göre, genel olarak eğilme-burulma etkileşimli kanatlara sahip türbin sistemlerinde yorulma hasarına eşdeğer ve azami yüklerin referans kanatlı rüzgar türbin sistemindeki yüklerden daha düşük olduğu görülmüştür. Üçüncü iş paketindeki başarı kriteri de sağlanmıştır.
Anahtar Kelime: eğilme-burulma etkileşimi yük azaltılması yorulma hasarına eş değer yük Rüzgar türbinleri

Konular: Metalürji Mühendisliği Malzeme Bilimleri, Kompozitler Mühendislik, Hava ve Uzay
Erişim Türü: Erişime Açık
  • KARAOLIS, N.M., et al., Active and Passive Aerodynamic Power Control Using Asymmetric Fibre Reinforced Laminates for Wind Turbine Blades, Proceedings 10th British Wind Energy Conference, UK, (1988).
  • Comparison of transient and quasi-steady aeroelastic analysis of wind turbine blade in steady wind conditions (Makale - Diğer Hakemli Makale)
  • LOBITZ, D., Veers, P., Load Mitigation with Bending/Twist-Coupled Blades on Rotors Using Modern Control Strategies, Wind Energy, Elsevier, 6, 105-117, (2003).
  • Investigation of the effect of bending twisting coupling on the loads in wind turbines with superelement blade definition (Makale - Diğer Hakemli Makale)
  • KOOIJMAN, H.J.T., Bending-Torsion Coupling of a Wind Turbine Rotor Blade, ECN-I-96- 060 Report, December (1996).
  • Reduction of fatigue damage equivalent loads in the wind turbine system through the use bending-twisting coupling induced in composite wind turbine blades (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
  • LOCKE, j., Valencia, U., Design Studies for Twist-Coupled Wind Turbine Blades, Sandia National Laboratories, Report No. SAND2004-0522, June (2004).
  • Comparison of transient and quasi-steady aeroelastic analysis of wind turbine blade in steady wind conditions (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
  • LUCZAK, M., Manzato,S., Peeters, B., Branner, K., Berring, P., Kahsin, M., Dynamic Investigation of Twist-Bend Coupling in a Wind Turbine Blade, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 49(3), 765-789, (2011).
  • UTILIZING BENDING-TWISTING COUPLING IN COMPOSITE WIND TURBINE BLADES IN ACHIEVING REDUCTION IN FATIGUE LOADS (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • FEDEROV V., Determination of Bend-Twist Coupling in Wind Turbine Blades, Deformation Measurement in Material Component Testing and 3D Motion Analysis, Optical Metrology GOM Conference, Braunschweig, Germany, June 18-19, (2012).
  • REDUCTION OF FATIGUE DAMAGE EQUIVALENT LOADS IN THE WIND TURBINE SYSTEM THROUGH THE USE OF OFF-AXIS PLIES IN THE SPAR CAPS OF COMPOSITE WIND TURBINE BLADES (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • JONKMAN, J., Butterfield, S., Musial, W., Scott, G., Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine Offshore System Development, National Renewable Energy Laboratory, NREL/TP- 500-38060, (2009).
  • Assessment of the Effect of Hybrid GFRP-CFRP Usage in Wind Turbine Blades on the Reduction of Fatigue Damage Equivalent Loads in the Wind Turbine System (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • ZHOU, X., An, L., Wang, Z., Twist-Bend Coupling Analysis for 5 MW Wind Turbine Blades, Applied Mechanics and Materials, Vols. 152-154, 703-708, (2012).
  • Aeroelastic stability evaluation of bend-twist coupled composite wind turbine blades designed for load alleviation in wind turbine systems (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • LIN, H.J., Lai, W.M., A Study of Elastic Coupling to the Wind Turbine Blade by Combined Analytical and Finite Element Beam Model, Journal of Composite Materials, SAGE Journals, 44(23), 2643-2665, (2010).
  • Structural dynamics analysis and passive control of wind turbine vibrations with Tuned Mass Damper (TMD) technique (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • CAPELLARO, M., Design Limits of Bend Twist Coupled Wind Turbine Blades, 53 rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, AIAA 2012-1501, Honolulu, Hawaii, (2012).
  • Aeroelastic instability analysis of composite rotating blades based on Loewy?s and Theodorsen?s unsteady aerodynamics (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • Samcef 4 Wind Turbines (S4WT) User Help, V.3.2, LMS Inc. (2012), Pp: 234-236, P. 154.
  • Time Domain Flutter Analysis of Bend-Twist Coupled CompositeWind Turbine Blades and Comparisons with the Baseline Blade (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • International Standard, IEC 61400-1, Wind Turbines – Part 1: Design Requirements, Third edition 2005-08, International Electrotechnical Commission, Cenevre, İşviçre, (2005).
  • Classical aeroelastic stability analysis of large compositewind turbine blades (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Sözlü Sunum)
  • Global Measuring Techniques, GOM, www.gom.com, siteye en son ulaşma tarihi: 12/01/2013.
  • Investigation of the effect of bending-twisting coupling on the load in wind turbines with superelement blade definition (Bildiri - Uluslararası Bildiri - Poster Sunum)
  • GOM mbH, Aramis User Manual-Software, Aramis v 6.3 and higher, www.gom .com (2012), Pp:D1-D12.
  • SUTTON M.A., Orteu J.J., Schreier H.W., Image Correlation for Shape, Motion and Deformation Measurements, Springer Science+Business Media, LLC, New York, USA, (2009), Pp:81-117.
  • PURI, A., Dear, J.P., Morris, A., Jensen, F.M., Analysis of Wind Turbine Material using Digital Image Correlation, Proceedings of the XIth International Congress and Exposition, Society for Experimental Mechanics, Orlando, Florida (2008).
  • BRYNK, T., Molak, R.M., Janiszewska, M., Pakiela, Z., Digital Image Correlation Measurements as a Tool of Composites Deformation Description, Computational Materials Science, 64, 157-161, (2012).
  • CORNER, A.J., Katnam, K.B., Stanley, W.F., Young, T.M., Characterising the Behaviour of Composite Single Lap Bonded Joints using Digital Image Correlation, International Journal of Adhesion and Adhesives, 40, 215-223, (2013). [ DUNCAN, J., Principles and Applications of Mechanical Thermal Analysis, Principals and Applications of Thermal Analysis, ed: Gabbott, P. Blackwell Publishing, (2008). Pp:119- 155.
  • KHAN, S.U., Li, C.Y., Naveed,A.S.,Kim, J.K., Vibration Damping Characteristics of Carbon Fiber-Reinforced Composites Containing Multi-Walled Carbon Nanotubes, Composite Science and Technology, 71,1486-1494, (2011).
  • KUMAR, P., Evaluation of Damping for Glass Fiber Reinforced Composite Materials, Advanced Materials Research, Vols. 488-489, 654-658, (2012).
  • DIMITRIS I.C., Dimitris S.V., Dimitris A.S., Prediction of material coupling effect on structural damping of composite beams doi:10.1016/j.compstruct.2011.12.004, (2012).
  • International Electrotechnical Commission, Wind Turbine Generator Systems – Part 23: Full scale structural testing of rotor blades, IEC 61400-23, (2001) pp: 15-16.
  • MD Nastran 2011 & MSC Nastran 2011 Dynamic Analysis User’s Guide, MSC Software Corp., (2011) p: 37, Pp:204-206. [ deSILVA C.W., Vibration Damping, Control and Design, Taylor and Francis group, LIC, CRC Press, (2007), Pp:1-31.
  • SINGIRESU S.R., Mechanical Vibrations (3rd edition), Addison-Wesley Publishing Company, (1995).
  • THOMSON T., Vibration Theory and Applications, Prentice-Hall, Inc, Englewood Cliffs, N.J, (1965).
  • deSILVA C.W.,Vibration and Shock Handbook, Taylor and Francis group, LIC, CRC Press, (2005).
  • WANBO Liu., Experimental and analytical estimation of damping in beams and plates with damping treatments, PhD thesis, Aerospace Engineering and the Graduate Faculty of the University of Kansas, ABD (2008).
  • EWINS D.J., Modal Testing - Theory, Practice and Application, England: Research Studies Press Ltd., ISBN 0-86380-218-4, (2000).
  • BILOŠOVÁ A., Modal Testing, European Investment in Education Developments, (2011).
  • FU Z.F., HE J., Modal Analysis, Butterworth-Heinemann, ISBN-13: 978-0750650793, (2001).
  • WALTER S., Introduction to Modal Analysis, Hamburg University of Applied Ccience, (2011),http://www.mp.haw- hamburg.de/pers/Ihl/TSL/PDF/tutorial_modal_analysis_Walter.pdf.
  • CHANDRA R., SINGH S.P., GUPTA K., Micromechanical damping models for fiber- reinforced composites: a comparative study, Composites Part A 33,(2002), Pp:787-796.
  • ARAMIDE F. O., ATANDA P. O., OLORUNNIWO O. E., Mechanical Properties of a Polyester Fiber Glass Composite, International Journal of Composite Materials,(2012), 2(6),Pp:147-151.
  • KUMAR P, Evaluation of Damping for Glass Fiber Reinforced Composite Materials, Advanced Materials Research, (2012), Vols. 488-489, Pp: 654-658.
  • DUNCAN J., Principles and Applications of Mechanical Thermal Analysis, Principals and Applications of Thermal Analysis, ed: Gabbott, P. Blackwell Publishing, (2008). Pp:119-155.
  • MENARD K.P.,Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction to Techniques and Applications, CRC Press, Boca Raton (1999).
  • KWANK.S., The Role of Penetrant Structure on the Transport and Mechanical Properties of a Thermoset Adhesive, Chapter 6 (Dynamic Mechanical Analyzer), PhD Dissertation, Virginia Polytechnic Institute and State University, ABD(1998). [ MD Nastran 2011 & MSC Nastran 2011 Dynamic Analysis User’s Guide, MSC Software Corp., (2011) p: 37, Pp:204-206.
  • CHANDRA R., SINGAH S. P., GUPTA K., Micromechanical damping models for fiber- reinforced composites: a comparative study, Composites: Part A (2002), Vol. 33, Pp: 787- 796.
  • SARAVANOSD A., CHAMIS C. C., Unified micromechanics of damping for unidirectional and off axis fiber composites, J Composite Technology Research, (1990), Vol. 5, Pp; 551- 567.
  • ESHELBY J. D., The determination of the elastic field of an elliptical inclusion and related problems, Proc R Soc Lond, (1957), A241, Pp: 376-396.
  • HALPIN J. C., TSAI. W., Effect of environmental factors on composite materials, AFML- TR-67-423, (1969).
  • HASHIN Z., Analysis of properties of fiber composites with anisotropic heterogeneous materials, Journal of Applied Mechanics, (1979), Vol. 46, Pp: 543-550.
  • TSAI S. W., Structural behavior of composites materials, NSA-CR-71,(1964).
  • UNGARE. E., KERWINJr. E. M., Loss factor of viscoelastic systems in terms of energy concepts, Journal of Acoust Soc Am, (1962), Vol. 34, Pp: 954-958.
  • BERTHELOT J. M. , ASSARAR M. , SEFRANIY., MAHI A. E., Damping analysis of composite materials and structures, Composite Structure (2008), Vol 85, Pp: 189–204.
  • International Electrotechnical Commission, Wind Turbine Generator Systems – Part 23: Full scale structural testing of rotor blades, IEC 61400-23, (2001) pp: 15-16.
APA KAYRAN A, KAYNAK C (2016). Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. , 1 - 487.
Chicago KAYRAN Altan,KAYNAK Cevdet Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. (2016): 1 - 487.
MLA KAYRAN Altan,KAYNAK Cevdet Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. , 2016, ss.1 - 487.
AMA KAYRAN A,KAYNAK C Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. . 2016; 1 - 487.
Vancouver KAYRAN A,KAYNAK C Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. . 2016; 1 - 487.
IEEE KAYRAN A,KAYNAK C "Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması." , ss.1 - 487, 2016.
ISNAD KAYRAN, Altan - KAYNAK, Cevdet. "Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması". (2016), 1-487.
APA KAYRAN A, KAYNAK C (2016). Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. , 1 - 487.
Chicago KAYRAN Altan,KAYNAK Cevdet Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. (2016): 1 - 487.
MLA KAYRAN Altan,KAYNAK Cevdet Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. , 2016, ss.1 - 487.
AMA KAYRAN A,KAYNAK C Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. . 2016; 1 - 487.
Vancouver KAYRAN A,KAYNAK C Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması. . 2016; 1 - 487.
IEEE KAYRAN A,KAYNAK C "Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması." , ss.1 - 487, 2016.
ISNAD KAYRAN, Altan - KAYNAK, Cevdet. "Kompozit Yapılarda Eğilme-Burulma Etkileşiminin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) Yöntemi İle Belirlenmesi Ve Türbin Kanatlarında Eğilme-Burulma Etkileşimini Kullanarak Yatay Eksen Rüzgar Türbinlerinde Yük Azaltılması". (2016), 1-487.
Sayfa Oluşturulma Tarihi
18-04-2024 3:5

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları