보 이론을 이용한 복합재 풍력 블레이드의 구조해석

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This thesis is about structural analysis of composite wind turbine blade based on beam theory. The general idea of wind turbine blade including design process, coordinate system, material property, laminate plan, structural concept and load applications were studied to analysis wind turbine blade. The classical laminated plate theory, modulus weighted centroid and Euler's beam theory were investigated to get a section property and structural analysis of wind turbine blade. The calculated section properties and structural analysis results by the developed code were verified and compared with commercial structural analysis code, PATRAN as a pre/post processor and ABAQUS as a solver. Flapwise stiffness and deflection which is critical to wind turbine design showed good agreement with commercial software. However, there are some deviations in edgewise stiffness and deflection, especially in inboard section due to the geometrical shape. Stress results showed similar stress distribution tendency along the blade length as the commercial software but stress level had some differences.

목차 (Table of Contents)

• I. 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 문헌조사 3
• 1.3 연구목표 및 범위 5
• II. 풍력 블레이드에 대한 연구 6
• 2.1 블레이드의 개발 흐름도 6
• 2.2 블레이드의 형상 및 제원 9
• 2.3 블레이드의 좌표 시스템 11
• 2.4 블레이드의 적용소재 및 물성 13
• 2.5 블레이드의 구조 개념도 14
• 2.6 블레이드의 적층패턴 16
• 2.7 블레이드의 하중 18
• III. 보 해석 코드의 개발 20
• 3.1 보 해석에 적용된 공학적 가정 20
• 3.2 보 해석 코드를 이용한 계산과정 21
• 3.3 고전 적층판 이론 22
• 3.4 보 이론의 적용 26
• 3.4.1 강성 가중치 도심 26
• 3.4.2 관성 모멘트 27
• 3.4.3 평행 축 정리 28
• 3.4.4 상승 관성 모멘트 29
• 3.4.5 축의 회전 29
• 3.4.6 단면 물성의 계산 31
• 3.4.7 모멘트에 의한 빔의 굽힘 33
• 3.4.8 하중에 의한 빔의 인장 34
• IV. 유한요소해석을 이용한 모델링 35
• 4.1 블레이드의 모델링 35
• 4.2 블레이드의 단면 물성 37
• 4.2.1 유한요소 해석의 제약 조건 37
• 4.2.2 유한요소 해석 시 구속 조건 및 하중 조건 37
• V. 단면 물성 계산 및 구조해석 결과 분석 39
• 5.1 블레이드의 단면 물성 계산 39
• 5.2 블레이드의 변형량 해석 41
• 5.3 블레이드의 응력 해석 43
• VI. 결론 45