The purpose of this paper is to perform the structural design of the small scale vertical-axis wind turbine (VAWT) blade using a response surface method(RSM). First, the four design factors that have a strong influence on the structural response of blade were selected. Analysis conditions were calculated by using the central composite design(CCD), which is a typical design of experiment for the response surface method(RSM). Also, the significance of the central composite design(CCD) was verified using analysis of variance(ANOVA). The finite element analysis was performed for the selected analytical conditions for the application of response surface method(RSM). Finally, a optimization problem was solved with a objective function of blade weight and a constraint of allowable stress to achieve a optimal structural design of blade.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.23
no.6
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pp.423-438
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2021
The blade of motor grader is used for scattering and leveling the aggregates on the foundation of road construction site. The paper performed a design improvement research of the blade part to enhance the working efficiency of motor graders. The scattering works of aggregates by blade driving were simulated by DEM (discrete element method) of a dynamic code. The four design parameters were selected and a specific leveling scenario for the simulation was determined. The nine blade models were numerically experimented, and the sensitivity of each factors was analyzed. Next, the design factors that influence a blade performance have been selected by ANOVA, and these key design factors were applied to the progressive quadratic response surface method (PQRSM). The optimum set of design factors of the blade was finally proposed.
Kim, Ho-Geon;Shin, Hyung-Ki;Park, Ji-Woong;Lee, Soo-Gab
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2006.11a
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pp.261-264
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2006
This paper describes the effects to wind turbine blade aerodynamics due to interaction between blade and tower on upwind type HAWT. In order to analyze effects of blade-tower interact ion, the analyst s program WINFAS which is based on VLM(Vortex Lattice Method), Free wake and FVE model is used. In this study, the changes of wind turbine blade aerodynamics caused by blade-tower interact ion are Investigated with various parameters windshear, yaw error, TSR and tower diameter.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.282-285
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2004
The main purpose of this study is the vibration suppression of rotating composite blade containing distributed piezoelectric sensors and actuators. The blade is modeled by thin-walled, single cell composite beam including the warping function, centrifugal force, Coriolis acceleration and piezoelectric effect. Further, the numerical study is performed m ing finite element method. The vibration of composite rotor is suppressed by piezocomposite actuators and PVDF sensors that are embedded between composite layers. A velocity feedback control algorithm coupling the direct and converse piezoelectric effect is used to actively control the' dynamic response of an integrated structure through a closed control loop. Responses of the rotating blade are investigated. Newmark time integration method is used to calculate the time response of the model. In the numerical simulation, the effect of parameters such as rotating speed, fiber orientation of the blade and size of actuators are studied in detail.
A GFRP based composite blade was developed for a 2MW wind energy conversion system of type class IIA. The blade sectional geometry was designed to have a general shell-spar and shear web structure. The load cases specified in the IEC61400-1 international specification were considered. For withstanding all relevant extreme loads, the structural analysis for the complete blade was performed using a commercial FEM code. The static load carrying capacity, blade tip deflection and natural frequencies were evaluated to satisfy the strength and stability requirements in accordance with the IEC61400-1 and GL Regulations. The prototype blade was passed the structural proof test for GL certification.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.2
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pp.134-143
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2014
A significant degradation in the aerodynamic performance of wind turbine system can occur by ice accretion on the surface of blades operated in cold climate. The ice accretion can result in performance loss, overloading due to delayed stall, excessive vibration associated with mass imbalance, ice shedding, instrumental measurement errors, and, in worst case, wind turbine system shutdown. In this study, the effects of ice accretions on the aerodynamic characteristics of wind turbine blade sections are investigated on the basis of modern CFD method. In addition, the computational results are used to predict the performance of three-dimensional wind turbine blade system through the blade element momentum method. It is shown that the thickness of ice accretion increases from the root to the tip and the effects of icing conditions such as relative wind velocity play significant role in the shape of ice accretion.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.6
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pp.1407-1414
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1988
Deviation angles are predicted by numerical calculation of three-dimensional compressible flow through the rotating blade row in axial flow compressor. Three-dimensional flow fields are analyzed by the quasi three-dimensional combination of blade-to blade surfaces and hub-to shroud stream surfaces and calculated by the finite element method in the cyclic calculation of both stream surfaces. In the blade-to blade calculations the method of boundary stream line correction is used and in the hub-to shroud calculations the loss effects due to viscous flow are included. The computational results are compared with the available experimental one. It is shown that the computational results from blade-to-blade flow calculation are correct for incompressible, compressible low subsonic and high subsonic flow at the inlet, and the loss effects on the deviation angle can be neglected in the range of the subsonic flow less than the critical Mach number for the axisymmetric flow and even for 3-D non-axisymmetric flow with loss. And it is found that the present results are better agreed with the experimental data than Lieblein's one.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.5-9
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2002
This paper presents a method and procedure for stress analysis and sizing in development of structures of a large composite wind turbine blade. Structural requirement of IEC standard was reviewed to set up appropriate analysis method and procedure. Several structural layouts were examined in a viewpoint of a large scale wind turbine blade. For the critical load cases, stress analysis were performed using finite element method. Stacking sequence and thickness of a laminate for each part and location were determined considering stress levels and producibility. Nonlinear geometric analysis was performed to check stability problem due to local buckling of a skin structures.
Kim, Dong-Man;Kim, Dong-Hyun;Park, Kang-Kyun;Kim, Yu-Sung
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.270-275
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2008
In this study, computer applied engineering (CAE) techniques are full? used to conduct structural and dynamic analyses of a huge composite rotor blade. Computational fluid dynamics is used to predict aerodynamic load of the rotating wind-turbine blade model. Static and dynamic structural analyses are conducted based on the non-linear finite element method for composite laminates and multi-body dynamic simulation tools. Various numerical results for aerodynamic load, dynamic analyses are presented and characteristics of structural behaviors are investigated herein.
In modem wind power system of large capacity above 1MW, horizontal axis wind turbine(HAWT) is a common type. And, the optimum design of wind turbine to guarantee excellent power performance and its reliability in structure and longevity is a key technology in wind Industry. In this study, mathematical expressions based upon the conventional BEMT(blade element momentum theory) applying to basic 1MW wind turbine blade configuration design. Power coefficient and related flow parameters, such as Prandtl's tip loss coefficient, tangential and axial flow induction factors of the wind turbine analyzed systematically. X-FOIL was used to acquire lift and drag coefficients of the 2-D airfoils and we use Viterna-Corrigan formula to interpolate the aerodynamic characteristics in post-stall region. In order to predict the performance characteristics of the blade, a performance analysis carried out by BEMT method. As a results, axial and tangential flow factors, angle of attack, power coefficient investigated in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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