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풍력발전 블레이드 경량화를 위한 복합재 트러스 리브 설계

곽찬호

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에너지 생산 비용을 낮추기 위한 풍력발전기의 대형화는 블레이드의 무게 증가로 한계점이 보이기 시작하였고, 그 해결 방법으로 패브릭 블레이드의 개념이 제시되었다. 본 연구에서는 패브릭 블레이드에 맞게 설계된 스파를 바탕으로 공력형상 유지와 스파로 공력전달을 하는 리브를 설계에 관하여 다루었다. 리브의 재료로 비강도 비강성이 좋은 카본/에폭시 복합재를 사용하였고, 트러스 구조를 채택함으로써 경량화 된 리브를 설계하고자 하였다. 설계 및 해석에는 3D 모델링 프로그램인 CATIA와 상용유한요소해석 프로그램인 NASTRAN 및 Matlab...
에너지 생산 비용을 낮추기 위한 풍력발전기의 대형화는 블레이드의 무게 증가로 한계점이 보이기 시작하였고, 그 해결 방법으로 패브릭 블레이드의 개념이 제시되었다. 본 연구에서는 패브릭 블레이드에 맞게 설계된 스파를 바탕으로 공력형상 유지와 스파로 공력전달을 하는 리브를 설계에 관하여 다루었다. 리브의 재료로 비강도 비강성이 좋은 카본/에폭시 복합재를 사용하였고, 트러스 구조를 채택함으로써 경량화 된 리브를 설계하고자 하였다. 설계 및 해석에는 3D 모델링 프로그램인 CATIA와 상용유한요소해석 프로그램인 NASTRAN 및 Matlab을 활용하였다. 설계 하중은 블레이드 운행 시 발생할 수 있는 극한하중조건에서의 하중을 FAST 코드를 이용하여 해석하였다. 리브의 FEM모델을 실험과 비교하여 모델을 검증하였고, 기존의 스파와 새로 설계 된 리브가 결합 된 FEM모델에 대하여 설계하중을 부가하여 선형 정적 해석을 하였다. 해석 된 응력에 Tsai-Wu 파손 이론을 적용하여 설계 하중에 대한 리브의 파손 여부를 확인하였다.
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목 차
요 약 I
목 차 II
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목 차
요 약 I
목 차 II
1. 서론 1
1.1. 연구 배경 3
1.2. 연구 동향 4
1.3. 패브릭 블레이드 6
1.4. 연구 목적 및 방법 7
2. 이론적 배경 8
2.1. 풍력 블레이드 하중해석 8
2.2. 리브 격자 생성 11
2.3. 파손이론(Tsai-Wu Theory) 12
3. 풍력 블레이드 리브 설계 13
3.1. 설계 흐름도 13
3.2. 리브 시험 및 리브 FEM 모델 비교 14
3.2.1. 리브 시험 방법 14
3.2.2. 리브 시험 결과 15
3.2.3. 리브 FEM 모델 15
3.3. 대형 블레이드 리브 설계 및 해석 18
3.3.1. 설계하중해석 19
3.3.2. 리브 형상 설계 25
3.3.3. 리브 구조 해석 28
4. 결론 34
참고 문헌 35
SUMMARY 38