Ihr Partner für die Mehrkörpersimulation von Windkraftanlagen

Engineering

Mehrkörpersimulation

elb|sim|engineering Modellaufbau

Modellaufbau

In der Mehrkörpersimulation arbeitet elb|sim|engineering mit dem Softwarepaket SIMPACK, einem der marktführenden Tools für die Simulation von dynamischen Systemen. Ausgehend von der spezifischen Entwicklungsaufgabe (Gesamte Windturbine oder Komponenten/Subsysteme) entwickelt elb|sim|engineering in enger Abstimmung mit dem Kunden das passende Modellsystem.

Gesamtturbinenmodelle

Elb Sim Engineering Service Modelling Turbine

Die MKS-Technologie bietet die Möglichkeit, dynamisch mechanische Systeme in Simulationsmodellen abzubilden. Dies gilt insbesondere für Windkraftanlagen mit ihrem hohen Level an dynamischen Komponenten.

Komponentenmodelle

Elb Sim Engineering Service Modelling Component

In Ergänzung zur Modellierung kompletter Windkraftanlagen bietet elb|sim|engineering auch die Modellierung von Komponenten und Subsystemen an, z.B. :

  • Rotorblatt
    • Modellierung mit Hilfe des SIMPACK-Rotorblattgenerator auf Basis von ASCII Parameterdateien, inklusive graphischer Darstellung der Blattgeometrie
    • Modellierung als SIMBEAM-Balkenmodell
    • Modellierung als flexibler Körper über den Import eines FE-Modells
  • Triebstrang
    • Wellen (Festkörper oder als flexibler Körper)
    • Wälz- und Gummilager
    • Zahnradpaarungen (mit Hilfe des SIMPACK-Gearwheel-Moduls)
    • Weitere flexible Komponenten (Gehäuse, Planetenträger, Maschinenträger, etc.)
  • Getriebe
  • Pitch-Triebstrang
  • Yaw-Triebstrang
Modelldatenbanken und Baukastensysteme

Mit einem Modellbaukastensystem lassen sich Gesamtmodelle schnell und einfach aus vorgefertigten Submodellen zusammenbauen. Je nach Entwicklungs- und Berechnungsauftrag können dann einzelne Submodelle durch Submodelle mit höheren Detaillierungsgrad ersetzt werden, um zusätzliche Funktionalitäten und Phänomene abzubilden.
Die Submodelle und der Baukasten werden zu 100% nach kundenspezifischen Vorgaben aufgebaut.

    Konfiguration von Schnittstellen

    Schnittstelle zu AeroDyn
    SIMPACK bietet eine Standard-Schnittstelle zur AeroDyn-Library (NREL), welche die aerodynamischen Kräfte auf Basis der Blade-Element-Methode (BEM) berechnet. Die Konfiguration der Schnittstelle erfordert folgende Schritte:

    • Definition der Blattelemente und deren aerodynamischen Eigenschaften (inklusive Profilpolaren)
    • Verlinkung der Blattelemente mit Markern auf dem MKS-Rotorblatt

    Schnittstelle zum Regler
    Das dynamische Verhalten der Windturbine wird signifikant durch den verwendeten Anlagenregler bestimmt. SMPACK bietet verschiedene Möglichkeiten, den Regler der Windturbine im Modell abzubilden:

    • SIMAPCK Standard-Schnittstelle zu einer externen DLL
    • Schnittstelle zu MATALAB/Simulink

    Schnittstelle zu FEM
    SIMPACK bietet Schnittstellen zur Integration von FE-Strukturen nahezu aller FE-Tools in das MKS-Modell mit Hilfe von flexiblen Körpern:

    • Nabe
    • Maschinenträger
    • Planetenträger
    • Gehäuse
    • Rotorblatt
    • Etc.
    Programmierung von User Elementen für spezifische Anforderungen

    Die SIMPACK-Standard-Modellelemente bieten eine weite Spanne an Funktionalitäten und Anwendungsmöglichkeiten. Nichtsdestotrotz erfordern High-End-Simulationen in bestimmten Fällen weiterführende Funktionalitäten, die in sogenannten User-Elementen abgebildet werden können.
    Die Programmierung (Fortran 90) dieser User-Elemente bietet die Möglichkeit, nahezu alle erforderlichen Funktionalitäten umzusetzen, wie z.B.:

    • Berechnung von aerodynamischen Kräften auf Gondel und Turm
    • Abbildung des Pitchsystems (Verzögerung, Rate Limiter, etc.)
    • Abbildung des Generators und des elektrischen Systems (Verzögerung, Rate Limiter, etc.)
    • Abbildung des Sicherheitssystems
    • Abbildung von Schadens- und Ausfalllastfällen (Pitchfehler, Netzfehler, etc.)
    • Ergebnisexport in anwenderspezifische Fremdformate (z.B. BLADED, FLEX5)
    elb|sim|engineering Analysen Berichte

    Analysen und Berichte

    Neben dem Modellaufbau bietet elb|sim|engineering seinen Kunden eine weite Spanne von Analysen und Simulationen. Art und Umfang der Analysen, sowie die Art der Auswertung werden dabei eng mit dem Kunden abgestimmt.

    Lastsimulation mit SIMPACK

    Elb Sim Engineering Service Load Post

    elb|sim|engineering bietet die Durchführung von Lastsimulationen nach aktuellen Richtlinien an.

    • Modellaufbau nach kundenspezifischen Anforderungen
    • Schnittstellenkonfiguration (Aerodynamik, Regler)
    • Lastfalldefinition
    • Simulation aller Zeitreihen
    • Statistische Auswertung (Eigenfrequenzen, Extremlasten, Betriebslasten, Turmfreigang, etc.)
    Triebstrang-Resonanz-Analyse

    Elb Sim Engineering Service Analyses Drivetrain

    elb|sim|engineering bietet die Durchführung von Triebstrang-Resonanzanalysen zur Identifizierung von schädlichen Triebstrangresonanzen nach GL 2003/2005 an.

    • Modalanalyse
    • Übertragungsfunktionen
    • Simulation von Drehzahlhochläufen
    • 2D-Campbelldiagramm
    • Energiediagramm
    • 3D-Campbelldiagramm
    Konzeptstudien

    Elb Sim Engineering Service Analyses Concept

    elb|sim|engineering bietet die Durchführung von Konzeptstudien an. Dabei werde Modellvarianten erstellt und deren Einfluss auf das dynamische Verhalten der Windkraftanlage untersucht.

    Modelvarianten and Optimierung

    Elb Sim Engineering Service Analyses 02

    Darüber hinaus bietet elb|sim|engineering folgende Analysen an:

    • Modalanalyse zur Bestimmung der Eigenfrequenzen und Eigenschwingformen
    • Simulation von Schadenslastfällen
    • Analysen im Zeitbereich
    • Analysen im Frequenzbereich (z.B. Übertragungsfunktionen)
    • Etc.
    elb|sim|engineering Prozessaufbau

    Prozessentwicklung

    Für die schnelle und effiziente Produktentwicklung werden ebenso schnelle und effektive Entwicklungsprozesse benötigt. elb|sim|engineering bietet dem Kunden die Entwicklung von neuen Simulationsprozessen, sowie die Integration von neuen Modellen und Analysen in bestehende Entwicklungsprozesse.
    elb|sim|engineering wendet dafür u.a. das SIMPACK-QSA-Scripting an, um diese Anforderungen an einen schnellen und effizienten Prozess zu erfüllen.

    Preprocessingtools

    Elb Sim Engineering Service Process Modifikation

    Die SIMPACK-QSA-Scriptingsprache ist ein sehr funktionsstarkes Tool, welches neben der konventionellen Funktionalität von JavaScript auch eine Vielzahl von SIMPACK spezifischen Funktionalitäten bietet:

    • Öffnen/Modifizieren von SIMPACK Modellen
    • Erzeugen/Modifizieren von Modellelementen (Körper, Marker, Gelenke, Kraftelemente, etc.)
    • Durchführung von Simulationen
    • Starten externer Prozesse
    Postprocessingtools

    Die SIMPACK-QSA-Scriptingsprache ist ein sehr funktionsstarkes Tool, welches neben der konventionellen Funktionalität von JavaScript auch eine Vielzahl von SIMPACK spezifischen Funktionalitäten bietet:

    • Öffnen von SIMPACK-Simulationsergebnissen
    • Einlesen der Datenreihen
    • Durchführung von beliebigen Berechnungen/Auswertungen
    • Erstellen/Modifizieren/Löschen von Diagrammen, Kurven, Filtern, etc.
    • Ergebnisexport (JPG, ASCII, etc.)
    GUI-Design

    Elb Sim Engineering Service Process GUI

    Mit der SIMPACK-QSA-Scriptingsprache lassen sich einfach und flexibel GUIs erstellen, mit deren Hilfe sich die Pre/Postprocessing Funktionalitäten benutzerfreundlich steuern und anwenden lassen.

    Lastsimulation mit SIMPACK

    Elb Sim Engineering Service Process Load

    elb|sim|engineering hat für die SIMPACK AG einen Lastsimulationsprozess auf Basis von SIMPACK-QSA-Scripts entwickelt, der den Kunden als Teil der SIMPACK-Dokumentation frei als Open Source zur Verfügung gestellt wird. Der Prozess bietet folgende Funktionalitäten:

    • Einfache und flexible Definition aller erforderlichen DLC-Lastfälle
    • Erzeugung aller Zeitreihen auf Basis der Lastfalldefinition
    • Erzeugung aller erforderlichen Windfelder
    • Parallele Simulation der Zeitreihen im Batchmodus
    • Statistische Auswertung der Simulationsergebnisse (Extremlasten, Betriebslasten, etc.)

    Dieser Prozess kann nahezu beliebig auf die spezifischen Anforderungen der Kunden modifiziert werden.

    Lastsimulation von Windkraftanlagen

    Lastsimulation/Prozessentwicklung/Programmierung

    elb|sim|engineering besitzt langjährige Erfahrung in der Lastsimulation von Windkraftanlagen mit herkömmlichen Simulationstools und kann seinen Kunden daher auch Unterstützung bei der Entwicklung von Simulationsprozessen mit BLADED, FLEX5, FAST, etc. bieten. Insbesondere die Entwicklung von Pre- und Postprocessingtools ist dabei eine Kernkompetenz von elb|sim|engineering.

    Preprocessingtools

    Elb Sim Engineering Service Process Modifikation

    elb|sim|engineering bietet die Entwicklung und Programmierung von Preprocessingtools für Lastsimulationen mit BLADED/FLEX5/FAST:

    • Definition der erforderlichen DLCs
    • Erzeugung aller definierten Zeitreihen
    • Erzeugung aller benötigten Windfelder
    • Simulation aller Zeitreihen im Batchmodus
    Postprocessingtools

    Elb Sim Engineering Service Load Post

    elb|sim|engineering bietet die Entwicklung und Programmierung von Postprocessingtools zur statistischen Auswertung der Simulationsergebnisse.

    • Extremlasten
    • Betriebslasten
    • Lastkollektive
    • LDD, LRD
    • Etc.

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