مدل سازی و تحلیل دینامیکی پره های توربین بادی افقی

در این پایان نامه مدل ریاضی سازه توربین بادی محور افقی (متشکل از دو پره و پایه) در جهت پیش بینی و بررسی رفتار دینامیکی سازه توربین باد محور افقی بیان شده است. در این مدل سازی به منظور ساده سازی و تبدیل این سیستم بی نهایت درجه آزادی به یک سیستم چند درجه آزادی محدود، از تئوری تیرهای جدار نازک و روش اجزای محدود استفاده شده است. با توجه به نوع و شکل اجزای سازه، از المان های میله ای سه گره ای بهره گرفته شده است. از آنجاییکه اجزای سازنده این سازه (پایه و پره ها) انعطاف پذیر هستند، تئوری فوق الذکر بر اساس تغییر شکل آنها تشریح گردیده و بر این اساس تئوری و روابط حاکم بر مسئله که در ابتدا در مختصات محلی ارائه شده بودند با اعمال چند ماتریس انتقال به سیستم مختصات عمومی انتقال یافتند. سپس با استفاده از روش انرژی و با در نظر گرفتن اجزای موتور به صورت یک جرم صلب در نوک برج و اعمال تحریکات نیرویی (نیرو های آیرودینامیکی، نیروی گریز از مرکز و اثر وزن) و تحریکات تکیه گاهی (هارمونیک و اتفاقی )، سازه مدل سازی و معادله دیفرانسیل حرکت حاکم بر سیستم و متناظر با آن ماتریس های جرم و سختی سازه بدست آمدند. در ادامه با استفاده از روش آنالیز مودال در تحلیل دینامیکی سیستم های چند درجه آزادی برنامه ای در نرم افزار متلب نوشته شد، این برنامه قابلیت بررسی و تحلیل دینامیکی هرگونه توربین بادی محور افقی را با در دست داشتن مشخصه های فیزیکی سازه داراست. برنامه یاد شده با توجه به اطلاعات مورد نیاز نظیر پارامتر های مختلف هندسی پره و پایه، سرعت دورانی پره و شرایط تحریک به تولید ماتریس های جرم و سختی المان ها و بردار نیروی خارجی اعمالی بر آن ها به صورت مجزا پرداخته و سپس با استفاده از ماتریس های انتقال این ماتریس ها را به ماتریس های جرم و سختی و بردار نیروی کل انتقال می دهد. در نهایت با استفاده از بردار های ویژه و مقادیر ویژه مقادیر فرکانس های طبیعی و شکل مود های متناظر با آنها محاسبه می گردد. بدین نحو با استفاده از برنامه مذکور مدل توربین باد محور افقی با پره های nrel s809 در ابعاد مختلف و تحت تحریکات گوناگون مورد تحلیل واقع شده و با مقایسه نتایج حاصل از تحلیل مدل ها مختلف، نحوه رفتار سازه تحت تحریکات مختلف و در اثر تغییر پارامتر های متعدد طراحی استخراج شده است. در این پژوهش برج سازه توربین باد محور افقی در سه طرح مختلف تحلیل گردید، این مدل ها تحت نرم افزار انسیس نیز تحلیل شدند، مقایسه نتایج حاصل از نرم افزار انسیس و نتایج حاصل از تحلیل، دقت و اعتبار نتایج حاصل شده در این پژوهش را تایید و تصدیق نمودند.