Add2ReliaBlade - Erweiterte Materialdaten und Computertomographie, virtuelle Prüfstände, Big Data und datenbasierte Modellierung als Ergänzung für ReliaBlade; Teilvorhaben: Materialversuche und Modellbildung für Verklebungen

Abstract

Die Zuverlässigkeit von Rotorblattstrukturen ist für die gesamte Windenergieanlage (WEA) sowohl technisch als auch wirtschaftlich von zentraler Bedeutung. Jedoch kommt es im Feld noch immer zu Rissbildungen, die z. T. Ursache für kostspielige Reparaturen und Betriebsausfälle sind – trotz langjähriger Erfahrung der Windenergieindustrie im Entwurf von Rotorblättern und im Betrieb von WEA. Das deutet auf Wissenslücken in der Schadensentstehung hin. Wichtige physikalische Zusammenhänge wurden noch nicht vollständig verstanden. Dies schließt insbesondere die Materialmodellierung unter Berücksichtigung fertigungsbedingter Imperfektionen sowie eine umfassende experimentelle Validierung erweiterter Modelle und die strukturierte Auswertung der zugehörigen Messdaten ein. In dem seit 2018 laufenden Projekt ReliaBlade stellte sich ein deutsch-dänisches Konsortium den Herausforderungen, diese Wissenslücken zu schließen. Das Vorhaben Add2ReliaBlade sollte die Inhalte signifikant erweitern und gleichzeitig den Industriepartnern Tecosim Technische Simulation GmbH, TPI Composites Germany GmbH sowie Wölfel Engineering GmbH & Co. KG die Gelegenheit geben, von den Forschungsergebnissen zu profitieren. Die inhaltlichen Ergänzungen waren: Eine hochgenaue Beobachtung der Ermüdungsschadensentwicklung bei Belastungsversuchen auf Material- und Strukturebene, um neue oder erweiterte Modelle umfassend zu validieren; eine (numerische) Beschreibung der Ermüdungsschadensentwicklung in Form virtueller Prüfstände für Subkomponenten und Rotorblätter; eine strukturierte Auswertung, Aufbereitung und Visualisierung von Versuchsergebnissen auf Material- und Strukturebene sowie die Entwicklung von Methoden zur datenbasierten Material- und Strukturmodellierung, um zukünftig zuverlässige Schadensprognosen im Feld mit gemessenen Daten erstellen zu können. The reliability of rotor blade structures is of central importance for the entire wind turbine, both technically and economically. However, cracks still occur in the field, some of which are the cause of costly repairs and operational failures – despite the wind energy industry's many years of experience in designing rotor blades and operating wind turbines. This indicates gaps in knowledge about how damage occurs. Important physical relationships have not yet been fully understood. This includes material modelling that takes into account manufacturing-related imperfections, comprehensive experimental validation of extended models, and structured evaluation of the associated measurement data. In the ReliaBlade project, which has been running since 2018, a German-Danish consortium has taken on the challenge of closing these gaps in knowledge. The Add2ReliaBlade project was intended to significantly expand the content and at the same time give the industrial partners Tecosim Technische Simulation GmbH, TPI Composites Germany GmbH and Wölfel Engineering GmbH & Co. KG the opportunity to benefit from the research results. The additions to the content were: highly accurate observation of fatigue damage development during load tests at the material and structural level in order to comprehensively validate new or expanded models; a (numerical) description of fatigue damage development in the form of virtual test benches for subcomponents and rotor blades; structured evaluation, processing and visualisation of test results at material and structural level, and development of methods for data-based material and structural modelling in order to be able to make reliable damage predictions in the field using measured data in the future.