Environmental Engineering Reference
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Die Berechnung der Biegemomente
M
y
und
M
z
ist in dem vorhergehenden Abschnitt erläu-
momentenverläufen und das Einsetzen der Randbedingungen (Durchbiegung und Neigung
an der Einspannstelle sind null) liefern die Durchbiegungsverläufe
w
(
x
)und
v
(
x
).
Da bei Rotorblättern die Verläufe der Biegemomente
M
(
x
), Trägheitsmomente
I
(
x
)undE-Mo-
dule
E
(
x
,
y
,
z
) meistens nicht in analytischer Form vorliegen, muss numerisch integriert wer-
den. Das geschieht stückweise entsprechend den vorliegenden Profilabschnitten (siehe oben).
Für die Ermittlung der Verformungen durch Querkräfte (Schubdurchbiegungen) und Tor-
sionsmomente (Verdrehungen oder Torsion) bei dünnwandigen Hohlquerschnitten werden
die Schub- und Torsionssteifigkeiten von mehrzelligen Hohlquerschnitten benötigt. Diese
sind nur mithilfe der bereits erwähnten Theorie der Wölbkrafttorsion zu bestimmen. Ist das
Rotorblatt nur mit Massivlaminaten gefertigt, können die Schubdurchbiegungen infolge von
Querkräften vernachlässigt werden. Sind große Bereiche des Blattes aus Sandwichlaminaten
gefertigt, liefern die Schubdurchbiegungen nennenswerte Beiträge zur Gesamtdurchbiegung,
da Sandwichlaminate aufgrund der geringen E-Module der üblichen Kernmaterialien „schub-
weich“ sind.
5.2.7 Ergebnisse nach der Balkentheorie
Die Berechnungen der Querschnittswerte, Schnittlasten, Spannungen und Verformungen las-
sen sich sehr gut in Tabellenform durchführen. Insbesondere in einem frühen Projektstadium,
wenn die endgültigen Abmessungen undMaterialwerte noch nicht vorliegen, kann damit eine
vorläufige Optimierung der Rotorblattquerschnitte vorgenommen werden. In den Bildern
5.10
und
5.11
sind die Ergebnisse einer solchen Tabellenrechnung dargestellt. Zum Vergleich zeigt
Bild
5.12
den Spannungsverlauf einer FEM-Rechnung für ein 55-m-Blatt.
5.3 Schwingungen und Beulung
5.3.1 Schwingungen
Zur Beurteilung des Schwingungsverhaltens von Rotorblättern sind die Kenntnisse der Eigen-
frequenzen, des Dämpfungsverhaltens und der Frequenzen der Anregungen durch die äuße-
ren Kräfte notwendig.
Bei den Dämpfungen unterscheidet man zwischen material-, reibungs-, konstruktiv bzw.
herstellungsbedingten Dämpfungen einerseits und aerodynamischen Dämpfungen anderer-
seits. Die material-, reibungs- und konstruktiv bedingtenen Dämpfungen sind weitgehend
frequenzunabhängig (Ausnahmen: Materialdämpfung bei Gummi und Kunststoffen wie z. B.
Laminierharze für FVW). Als aerodynamische Dämpfung wird der Widerstand eines bewegten
Körpers in einem Medium bezeichnet, z. B. in Luft oder Wasser. Sie hängt vom Quadrat der
Geschwindigkeit ab.
