Äußere Beanspruchungen und deren Analyse

Zur Analyse und Simulation des dynamischen Verhaltens der einzelnen Komponenten von Windenergieanlagen werden detaillierte Informationen über die auf die Komponenten einwirkenden Beanspruchungen benötigt. LMS hat einen integrierten Ansatz entwickelt, der es erlaubt, die relevanten Lasten aus Betriebsmessdaten oder Simulationsergebnissen wirklichkeitsnah abzuschätzen.

Numerische Analyse

Entscheidungen über Konstruktionslösungen in einem sehr frühen Stadium des Entwicklungsprozesses haben einen sehr großen Einfluss auf die spätere Leistungsfähigkeit der Windenergieanlage. Um diese Entscheidungen in die richtigen Bahnen zu lenken ist es sehr wichtig, den Kraftfluss zwischen den einzelnen Komponenten wie z.B. Getriebe, Mastschaft und Lager abzuschätzen, wobei die Nachgiebigkeit dieser Bauteilgruppen berücksichtigt werden muss.

Der Simulationsansatz von LMS Virtual.Lab bildet die Windenergieanlage als System aus Starr- und Mehrkörpersimulation (abgeleitet von einer Finiten-Elemente-Berechnung) ab. Auf diese Weise kann der gesamte Kraftfluss vom Flügel bis zum untersuchten Bauteil nachvollzogen werden, wodurch eine Berechnung der Reaktionskräfte ermöglicht wird. Virtual.Lab ist in der Lage, Beanspruchungen und Durchbiegungen in unterschiedlichsten Bauteilen wie Lagern, Zahnrädern, dem Mastschaft oder dem Maschinenhaus zu bestimmen. Hierdurch wird eine exakte Analyse des dynamischen Systemverhaltens möglich.

Experimentelle Analyse

Hochpräzise Messungen zur Bestimmung der Beanspruchungskollektive während des Betriebs der Windenergieanlage sind ausschlaggebend für die Verifizierung des numerischen Modells. LMS bietet Komplettlösungen für die experimentelle Untersuchung und Auswertung der auf eine Windenergieanlage einwirkenden Betriebskräfte. Einzelne Komponenten wie das Getriebe können unter Laborbedingungen untersucht werden. Durch Auswahl einzelner Messpunkte ist es möglich, die Verformungsfiguren wesentlicher Komponenten in Abhängigkeit von der Frequenz grafisch darzustellen und somit kritische Zustände im Vorfeld zu simulieren.

Zur exakten Erfassung der dynamischen Einwirkungen und um eine zuverlässige Aussage zur Lebensdauer zu treffen, verfügt LMS Virtual.Lab über ein spezielles Kontaktelement, das z.B. die Modellierung von veränderlichen Steifigkeiten des Zahneingriffs ermöglicht.

LMS Engineering Services hat eine innovative Herangehensweise entwickelt, mit der sich die Auswirkung von Lagefehlern der Getriebewellen und Topologie der Verzahnungsgeometrie selber abschätzen lassen. Dabei werden sowohl die elastischen Verformungen der Verzahnung als auch die Mikrogeometry der Zahnoberfläche in der Mehrkörpersimulation berücksichtigt. Dieser Ansatz liefert hochgenaue und gleichzeitig zuverlässige Ergebnisse bei nahezu gleichbleibender Berechnungsdauer. In beiden Fällen ermöglicht das Simulationsmodell die Identifikation von Schwachstellen und möglichen Problemen in Bezug auf Schwingungen, Festigkeiten, Kräften oder der Betriebsfestigkeit.