Parametrische Strukturoptimierung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen


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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit und als Teil des Verwertungsplanes des Projekts „Offshore Foundation nach dem Verfahren EliSE “ (OFE) werden drei durch die Imare GmbH entwickelte Strukturkonzepte für offshore Gründungsstrukturen von Windenergieanlagen mit Hilfe ei- ner parametrischen Strukturoptimierung an die Vorgaben eines Lastenheftes, verfasst durch die AREVA Wind GmbH, angepasst. Durch einen Vergleich der drei innovativen Konzepte „OFE“, „APJ01“und „APJ02“ mit einer vierbeinigen, offshore Gründungsstruktur (OGS), wird das Potential zur Materialeinsparung offen gelegt. Für die Durchführung einer statisch-mechanischen Festigkeitsanalyse, sowie zur Bestimmung der Eigenfrequenzen wird jede OGS als parametrisches Balkenmodell modelliert. Veränder- bare Parameter s.g. Design Variablen (DVar) für den Optimierungsprozess in „ANSYS Work- bench“sind neben des Außendurchmessers und der Wandstärke der einzelnen Rohre auch der radiale Abstand der Gründungspfähle sowie die Position ausgewählter Rohrknotenpunkte. Untersuchungen zur Bodenmechanik mit Hilfe von federgelagerter Bettung der Gründungspfähle werden durchgeführt und das Modell für die Analyse mit einem aus dem Lastenheft hergeleiteten Extremlastfall bestehend aus Turmschnitttlasten, sowie hydrodynamischen Lasten in Folge Seegangs beaufschlagt. Der Optimierungsprozess, welcher aus einer vorgelagerten Sensitivitätsanalyse und einem dar- auf aufbauenden evolutionären Algorithmus besteht, wird mit Hilfe der Optimierungssoftware „opitSlang“ vollzogen. Als Bemessungskriterien für die Dimensionierung werden die Richtli- nien des Germanischen Lloyds (GL) herangezogen. Anschließende Auswertung stellt dar, dass die „APJ01“ OGS das höchste Leichtbaupotential besitzt und unter Einhaltung aller Rahmenbedingungen eine um 35 % geringere Masse im Vergleich zur Referenz OGS aufweist. Weiter wird gezeigt, dass der Prozess auf Ebene der Konzeptfindung eine neue Basis für weitere Leichtbauoptimierungen schafft. Abschließend werden die Ergebnisse kritisch diskutiert und notwendige Arbeitspakete zur Weiterentwick- lung der OGS-Optimierung genannt.



Item Type
Thesis (Master)
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Primary Division
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Not peer-reviewed
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Published
Eprint ID
41586
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Wiedmann, M. (2014): Parametrische Strukturoptimierung von Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen , Master thesis,


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