Wind and tidal turbine blade root connection
Abstract
Efficient bolted joint design is an essential part of designing structures from fiber reinforced polymer materials. This thesis was done to find a good approach to a three-dimensional finite element model of the root connection of a tidal turbine blade.
A common way to connect the blade to the hub is through a series of bolted joints. A T-Bolt connection is widely used. A proper design and understanding of these joints is important for the reliability of the turbines. While connections for wind turbines are fairly well developed, this is not the case for tidal turbines.
The goal was to make a scaled down model of the root connection. The root was assumed to have the shape of a thick walled pipe. Factors like the strength of the bolts, angle between the bolts, thickness of the laminate, and production method were investigated in order to make a proper design.
The composite bolted joints were examined using three-dimensional finite element modeling.Based on known boundary conditions and applied loads, stresses and strains of advanced geometries can be calculated. A good understanding of the choice of element types, mesh, interaction properties as well as correct material properties are needed to get a precise result.The model was made in Abaqus and material properties were calculated with MATLAB.
An experiment was made in an attempt to verify the result. While reasonable data was produced in the simulation of the root connection there were some discrepancies when comparing the data with the result from the experiment. Et bra design av innfestninger ved bruk av bolter er en essensiell del av prosessen ved konstruksjonen av strukturer av fiber armert plastikk. Denne oppgaven ble gjort for å finne en god måte å lage en finite element modell av rot forbindelsen til et tidevanns turbin blad.
En vanlig måte å feste bladet til turbinen er ved å bruke en såkalt T-bolt forbindelse. For vindturbinen er denne forbindelsen grundig utviklet, men det er ikke tilfellet for tidevannsturbinen.
Målet var å lage en nedskalert modell av denne forbindelsen. Det ble antatt at roten har form som et tykkvegget rør. Faktorer som bolt styrke, vinkel mellom boltene, tykkelsen på laminatet og produksjons metode, ble undersøkt for å komme fram til at godt design.
Forbindelsen ble studert ved bruk av 3D finit element modellering. På bakgrunn av kjente grensebetingelser og hvilke laster som virker kan tøyninger og spenninger beregnes på kompliserte strukturer. En god forståelse av element typer, mesh, hvordan delene oppfører seg i kontakt med hverandre samt korrekte material egenskaper trengs for å få et nøyaktig resultat. Modellen ble laget i Abaqus og material egenskapene ble kalkulert med MATLAB.
Et eksperiment ble utført i et forsøk på å verifisere resultatet fra modellen. Simuleringen gav fornuftige resultater men ved sammenlikning med resultatet fra eksperimentet ble det funnet avvik. Det ble konkludert med at avviket skyldes unøyaktigheter i produksjonen av delene brukt i eksperimentet.