Analysis of a wind turbine’s composite blades using a finite element model

Abstract

This paper presents the final design of glass-reinforced polyester (GRP) blade for small wind turbine developed at the Technical University of Moldova by finite element (FE) analysis techniques. The design variables considered are related to the composite material parameters: fiber direction, layers direction and blade shell thickness based on number of composite layers. The constraints are tip deformations, allowable stresses and resonant vibration of the blade. According to FE analysis results the optimized blade will be stiff enough in storm conditions, will operate out of dangerous resonance frequencies and will weigh approx. 20% less.

Această lucrare prezintă designul final al palei turbinei eoliene mici executate din poliester armat cu sticla (GRP), dezvoltat la Universitatea Tehnică a Moldovei prin analiză cu element finit (FE). Variabilele de proiectare sunt considerate legate de parametrii de materiale compozite: direcţia fibrelor, direcţia straturilor, grosimea învelişului grosime bazate pe numărul de straturi compozite. Drept constrângeri sunt deformațiile vârfului palei, eforturile admisibile și vibrațiile de rezonanță ale palei. În funcție de rezultatele analizei FE pala optimizată va fi destul de rigidă în condiții de furtună, va suporta frecvențe de rezonanță periculoase și va cântări aprox. cu 20% mai puțin.

Cet article présente la conception finale de polyester renforcé de verre (GRP) pour pale de petite turbine éolienne développée à l'Université Technique de Moldova par éléments finis (FE) Techniques d'analyse. Les variables de conception Considéré comme le matériau composite est lié aux paramètres: la direction des fibres, direction couches et coquille de pale d'épaisseur en fonction du nombre de couches composites. Les contraintes ont des déformations de pointe de la pale, les contraintes admissibles et de la vibration de résonance de la pale. En fonction des résultats de l'analyse FE la pale optimisé sera assez rigide dans des conditions orageuses, soutiendra fréquences de résonance dangereux et pèsera environ 20% de moins.

Статья представляет окончательный дизайн лопасти из полиэстера армированного стекловолокном (ВРП) для малых ветровых турбин, разработанный в Техническом университете Молдовы методом конечно-элементного анализа (FE). Рассматриваемые проектные параметры связаны с параметрами композитного материала: направление волокон, направление слоев и толщина оболочки лопасти на основе количества композитных слоев. В качестве ограничений взяты деформации конечной части лопасти, допустимые напряжения и резонансные вибрации лопасти. По результатам конечно-элементного анализа оптимизированная лопасть будет достаточно жесткой в штормовых условиях, будет работать в зоне опасных резонансных частот и будет весить примерно на 20% меньше.