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제안 방법
- 본 연구에서는 GL 인증규격에 따라 750kW 및 2"급 풍력발전기용 블레이드의 구조설계 및 해석을 수행하였으며, 인증 구조시험을 통하여 설계 방법 및 결과에 대한 검증이 이루어졌다. 또한, 광섬유 센서의 일종인 FBG센서를 블레이드내부에 삽입하여 전체 구조 인증시험 과정을 모니 터 링 하는데 성공하였으며, 향후 회전하는 로터 블레이드 실시간 모니터링에 적용 가능함을 확인하였다.
- 750kW 로터 블레이드의 각 구간에 부착된 가속도계(accelerometer)와 FBG센서를 이용하여 블레이드의 고유진동수를 측정하였다. FFT해석을 통한 측정결과와 유한요소 해석결과를 Table 5에 비교하였으며, 가속도계와 FBG센서를 통해 측정된 결과는 비슷한 반면, 유한요소 해석결과는 다소 차이가 있음을 알 수 있다.
- 본 연구에서는 750kW 및 2MW급 유리섬유 복합재 블레이드의 구조 해석을 위해, 상용유한요소 패키지(I-DEAS & ABAQUS)를 사용하여 극한 하중에 대한 응력해석과 고유진동수해석을 수행하였다. 아울러, 블레이드의 구조적 안정성을 증명하기 위한 구조 인증시험을 시행하였으며, 이때 광섬유 센서의 일종인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 삽입하여 구조시험 동안의 블레이드 상태를 모니터링 하였다.
- 수행하였다. 아울러, 블레이드의 구조적 안정성을 증명하기 위한 구조 인증시험을 시행하였으며, 이때 광섬유 센서의 일종인 FBG(Fiber Bragg Grating) 센서를 삽입하여 구조시험 동안의 블레이드 상태를 모니터링 하였다.
- 정하중 해석은 극한하중조건에서 각각의 블레이드 구간에 적용되는 최대 굽힘 모멘트와 같아지도록 총 4개의 구간에 코드 방향(chordwise)과 플랩 방향(flapwise)으로 하중을 적용하여 수행하였다. 설계 하중에 대한 안전계수는 L35이며, 재료에 대한 안전계수는 750kW의 경우 2.
대상 데이터
- 허브와 블레이드를 연결하는 루트(root) 부분은 가장 큰 응력이 가해지는 부분으로 100~150mm의 적층 두께를 가진다. 750kW 블레이드는 프리프레그(prepreg) 적층방식으로, 2MW 블레이드는 RIM(resin injection molding)공법으로 제작되었다.
- Table 2는 각각의 블레이드 모델의 길이, 무게, 무게중심을 나타낸다. 본 연구의 대상인 750kW 및 2MW 블레이드는 각각 클래스 Ⅲ 및 Ⅱ에 속하며, 그에 해당되는 설계 하중 및 안전 계수를 기반으로 해석되었다.(2,3)
- 최대 굽힘 모멘트와 같아지도록 총 4개의 구간에 코드 방향(chordwise)과 플랩 방향(flapwise)으로 하중을 적용하여 수행하였다. 설계 하중에 대한 안전계수는 L35이며, 재료에 대한 안전계수는 750kW의 경우 2.45, 2MW의 경우 2.2를 사용하였다.(2) Fig.
- 표피는 2축 또는 3축 유리 직조섬유(biaxial or triaxial glass fabric)와 코어재(core material)로 이루어진 샌드위치 구조(sandwich structure)를 갖는다. 코어재는 가벼우면서도 좌굴현상을 방지하도록 적용되었으며, PVC 또는 PUR 폼(foam), 발사나무(Balsa wood)가 사용되었다. 스파는 대부분의 굽힘 하중을 받기 때문에 두꺼운 일 방향 유리 직조섬유(unidirectional glass fabric)# 사용하였으며, 전단력을 받는 웹은 2축 유리 직조섬유와 코어재로 이루어진 샌드위치구조를 갖는다.
이론/모형
- 유한요소 프로그램은 모델링에 I-DEAS, 해석에 ABAQUS 를 사용하였다. 유한요소 해석에 사용된 물성은 Table 1과 같으며, Fig.
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