Baldassarre, Alessandro;Ceruti, Alessandro;Valyou, Daniel N.;Marzocca, Pier
Wind and Structures
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v.28
no.5
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pp.271-284
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2019
This paper describes the application of a novel virtual prototyping methodology to wind turbine blade design. Numeric modelling data and experimental data about turbine blade geometry and structural/dynamical behaviour are combined to obtain an affordable digital twin model useful in reducing the undesirable uncertainties during the entire turbine lifecycle. Moreover, this model can be used to track and predict blade structural changes, due for example to structural damage, and to assess its remaining life. A new interactive and recursive process is proposed. It includes CAD geometry generation and finite element analyses, combined with experimental data gathered from the structural testing of a new generation wind turbine blade. The goal of the research is to show how the unique features of a complex wind turbine blade are considered in the virtual model updating process, fully exploiting the computational capabilities available to the designer in modern engineering. A composite Sandia National Laboratories Blade System Design Study (BSDS) turbine blade is used to exemplify the proposed process. Static, modal and fatigue experimental testing are conducted at Clarkson University Blade Test Facility. A digital model was created and updated to conform to all the information available from experimental testing. When an updated virtual digital model is available the performance of the blade during operation can be assessed with higher confidence.
Studies of unsymmetrical blade H-Darrieus rotors at low wind speeds in terms of starting time, static torque, and power performances for different blade parameters: thickness-to-chord (t/c), camber position, and solidity are scarce. However these are required for knowing insights of rotor performances to obtain some design guidelines for the selection of these rotors. Here, an attempt is made to quantify the effects of these blade parameters on the performances of three different H-Darrieus rotors at various low wind streams. Different blade profiles, namely S815, EN0005 (both unsymmetrical), and NACA 0018 (symmetrical blade for comparison) are considered. The rotors are investigated rigorously in a centrifugal blower apparatus. Firstly the dynamic and static performances of the rotors are evaluated to determine the best performing rotor and their optimum solidity. Generalised performance equations are developed based on selected blade parameters which are validated for the unsymmetrical rotors. Further, the starting time is quantified with respect to the rotor inertia to determine the suitable range of inertia that helps the unsymmetrical blade rotor to self-start earlier than the symmetrical one. This study can work as a benchmark for the selection of optimum blade parameters while designing an unsymmetrical blade rotor at low wind speeds.
Turbine blade is subject to force of three types ; the torsional force by torsional mount, the centrifugal force by the rotation of rotor and the cyclic bending force by steam pressure. The cyclic bending force was a main factor on fatigue strength. SEM fractography in root of turbine blade showed micro-clack width was not dependent on stress intensity factor range. Especially, fatigue did not exist on SEM photograph in root of turbine blade. To clear out the fracture mechanism of turbine blade, nanofractography was needed on 3-dimensional crack initiation and crack growth with high magnification. Fatigue striation partially existed on AFM photograph in root of turbine blade. Therefore, to find a fracture mechanism of the torsion-mounted blade in nuclear power plant, the relation between stress intensity factor range and surface roughness measured by AFM was estimated, and then the load amplitude ΔP applied to turbine blade was predicted exactly by root mean square roughness.
For a given axial turbine blade, reverse design method is developed to improve blade efficiency, optimize blade profile, or repair parts etc. In this process, design parameters for designing axial turbine blade are induced. The induced design parameters are as follows; ellipse at leading edge, radios of trailing edge, axial chord, tangential chord, wedge angle at the inlet, and unguided turning angle. Suction and pressure surfaces of turbine blade are described by cubic polynomials. Two sample blades we chosen and their blade profiles are measured at the mean radius. Values of design parameters for sample blades are obtained by the reverse design method. Re-designed blade profiles using calculated design parameters are compared with the measured data, and they show good agreement. So, the developed design method could be applied to design general turbine blades. Various blade shapes are designed, and they show that designed blade profiles can be adjusted by controlling design parameters.
In this study, a rotor blade of a Curtis turbine is investigated. Bezier curve is generally used to define the profile of turbine blades. However, this curve gives a feature of global control, which is not proper to a supersonic impulse turbine blade. Thus, a blade design method is developed by using B-spline curve so that local control is possible to obtain an optimized blade section. To design a Curtis turbine blade section systematically, the blade section has been changed by varying three design parameters using central composite design method. Flow analyses have been carried out for the blade sections, and the effects of design parameters are evaluated.
Yamashita, J.;Tsurusaki, T.;Doi, H.;Sekino, M.;Setoguti, R.
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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1993.10a
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pp.666-675
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1993
In order to prevent bodily injuries frequently suffered in using bush cutters, especially from spattered stones, we developed a unique new cutting system equipped with a fixed blade on top of the rotary blade, and checked into the mowing performance of the cutter. From experimental test of mowing efficiency and measuring test of physical stress (O$_2$ consumption and heartbeat rates) , the new cutting system with a fixed blade proved that it keeps good cutting performance with lower peripheral speed of the rotary blade(22m/sec), compared to that of ordinary cutting blade, yielding more safety in operation. Weight of the cutter head is, however, heavier than that of ordinary machine by about 70% which increased a physical stress on the operator with slightly faster heartbeat rates. In mowing along edge of concrete wall, the operator enjoyed using the cutter with no anxiety , owing to function of the fixed blade.
Quad-Rotor, which consists of four blades, performs a flight task by controling each rotation speed of the four blades. Quad-Rotor blade making no use of cyclic pitch or collective one is a type of fixed-wing as different from helicopter blade. Although, Quad-Rotor is simple and easy to control for those reasons, blade configuration of the fixed wing is one of the critical factors in determining the performance of Quad-Rotor. In the present study, coefficients for thrust and power of Quad-Rotor blade were derived from the data acquired by using 6-component balances. Firstly, Measurements for aerodynamic force were conducted at various pitch angles (i.e., from 0$^{\circ}$ to 90$^{\circ}$ with the interval of 10$^{\circ}$). The blade used in this experiment has aspect ratio of 6 and chord length of 35.5 mm. Secondly, assembled-blade, which was an integral blade but divided into many pieces, was used in order to test aerodynamic forces along twist angles. The curve of thrust coefficient along pitch angle indicates a parabola form. Stall which occurs during wind tunnel test to calculate lift coefficient of airfoil does not generate. When deciding the blade twist angle, structural stability of blade should be considered together with coefficients of thrust and power. Those aerodynamic force data based on experimental study will be provided as a firm basis for the design of brand-new Quad-Rotor blade.
A rotating blade of steam turbines is designed using blade design system. To minimize the design time. quasi three dimensional flow analysis code is adopted to calculate blade section. The blade section lies on a streamline determined by previous steam turbine design procedures. The blade design system makes a transform of streamline coordinates, (m, r$\theta$), to (m', $\theta$) coordinates and all design procedure except 3 dimensional stack-up is performed in the coordinates. Each designed blade section is stacked-up and whole 3 dimensional blade can be modified by correcting 2D section, repeatly. The full 3D numerial analysis for the one stage including designed rotating blade will be performed later
Seo, Jeong-Seok;Lee, Yoon-Jung;Beak, Si-Young;Park, Dong-Sam
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.5
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pp.784-789
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2012
Ultrasonic Cutting which uses a tuned blade resonant in a longitudinal mode, has been used to cut a range of materials from confectionery, baked products and frozen foods, to wood, bone, foams and composites. The Blade design typically uses finite element analysis, and it could be predicted vibration mode, gain and amplitude uniformity of the blade tip at resonant frequency. In this paper, FEA used to predict the vibration characteristic of the blade, and then the results were verified by analysis system of resonant frequency using the processed blade. The crack of the blade which is predicted from FEA was compared with the crack occurred by cutting experiment of rubber materials using the processed blade.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.28
no.5
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pp.847-852
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2004
The wind turbine blade is the equipment converted wind into electric energy. The effect of the blade has influence of the output power and efficiency of wind turbine. The design of blade is considered of lift-to-drag ratio. structure. a condition of process of manufacture and stable maximum lift coefficient, etc. This study is used the simplified method for design of the aerodynamic blade and aerodynamic analysis used blade element method This Process is programed by delphi-language. The Program has any input values such as tip speed ratio blade length. hub length. a section of shape and max lift-to-drag ratio. The Program displays chord length and twist angle by input value and analyzes performance of the blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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