Rotorblätter - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 189

Bild 5.14 FEM-Spannungsplot
eines 55-m-Blattes des An-
schlussbereichs an die Nabe
(nach [ 2] )
Die FEM-Ergebnisse sind stark davon abhängig, wie gut das FE-Modell den tatsächlichen Ge-
gebenheiten wie Lagerungen, Lastaufbringungen usw. angepasst ist. Großen Einfluss auf die
Ergebnisse können auch die gewählten Elementtypenwie z. B. Dreiecks- oder Viereckselemen-
te bei zweidimensionalen Bauteilen (Platten, Scheibe usw.), Tetraeder- oder Hexaederelemen-
te bei dreidimensionalen Bauteilen sowie die Elementgrößen haben. Deshalb ist es stets er-
forderlich, die Ergebnisse einer FEM-Berechnung auf Plausibilität zu überprüfen. Das kann
häufig durch Abschätzungen mit analytischen Methoden durchgeführt werden.
5.4.2 FEM-Beulberechnungen
Bei den Berechnungen des Beulverhaltens von Rotorblättern in Sandwichbauweise mit FE-
Methoden wird sich meistens darauf beschränkt, das Blatt durch Schalenelemente, die über
die Gesamtdicke der Schale reichen, zu elementieren. Zur Berechnung der lokalen Effekte in
einem Sandwich, wie Deckschichtbeulen oder -knittern, müssten über der Dicke von Deck-
schicht und Sandwichkernmehrere Elemente verteilt werden. Das würde zu einer sehr großen
Anzahl von Elementen führen mit entsprechend großen Rechenzeiten für die Lösungen. Des-
halb werden die lokalen Stabilitätseffekte meistens getrennt untersucht. Aus der globalen
Spannungsrechnung sind die Spannungen an Ober- bzw. Unterseiten der Profilflächen be-
kannt. Mit diesen Spannungen und den Materialwerten des Sandwiches können diese z. B.
mit den nach den Gl. ( 5.40) erhaltenen kritischen Spannungen verglichen werden.
Die Durchführung einer Beulberechnung mit FE-Programmen erfolgt in zwei Schritten. Im
ersten Schritt wird eine „normale“ Spannungsberechnungmit den zu berücksichtigenden Las-
ten durchgeführt, im zweiten Schritt dann die eigentliche Beulberechnung. Das Ergebnis ist
ein „Beulfaktor“, der angibt, um das Wievielfache höher die für diesen Lastfall ertragbare Be-
lastung bis zum Beulen ist.
Die Bilder 5.15 und 5.16 zeigen beulgefährdete Bereiche in einem Rotorblatt (mit stark über-
höhtemMaßstab der Beulfiguren), das erste eine Ausführung mit einem reinen GFK-Laminat,
die beiden folgenden mit Sandwicheinsatz in den gefährdeten Bereichen. Die Beulfaktoren in
den Beispielen sind bei gleicher Belastung 1,011 (Bild 5.15) und 1,40 (Bild 5.16) . Sie sind, wie es