GAROS

Berechnung von elastisch rotierenden Strukturen

GAROS ist ein Programmsystem für aeroelastische und rotordynamische Berechnungen von Windkraftanlagen. Stabilitäts- und dynamische Responseberechnungen können durchgeführt werden. Windkraftanlagen mit sowohl horizontaler- als auch vertikaler Drehachse können berechnet werden.

Das Programm basiert auf einem modalen Kopplungsverfahren vom Turm und Rotor. Die Teilstrukturen werden mit Finiten Elementen idealisiert und die Modes werden vom Finite-Element-Programm NX Nastran berechnet. Das modale Modell enthält die vollständigen dynamischen gekoppelten Matrizen. Ebenfalls ist die geometrische Steifigkeitsmatrix enthalten. Bei der Stabilitätsanalyse, werden linearisierte quasi stationäre aerodynamische Steifigkeit, Dämpfung und Masse Matrizen verwendet. Die statische Deformation der Blätter kann zur Berechnung des Stabilitäts-Verhaltens für verschiedene Betriebsbedingungen auf die Geometrie addiert werden. Die instationären aerodynamischen Kräfte können Mithilfe der Theodorsen-Funktion berechnet werden. Diese beschreibt die zeitliche Differenz zwischen Bewegung und Kraft. In diesem Fall wird eine nicht-lineare Iteration für die Lösung des komplexen Eigenwertproblems angewendet. Für Rotoren mit zwei Blättern, werden die Eigenwerte mit der Floquet-Methode berechnet, weil die Gleichungen periodische Terme enthalten.

Zusätzlich zu der Stabilitätsberechnung können auch dynamische Responseberechnungen durchgeführt werden. Um die Ergebnisse der Stabilitätsanalyse zu überprüfen kann eine Responseberechnung mit zunehmender Rotor und Windgeschwindigkeit simuliert werden. Aerodynamische Kräfte bedingt durch Windgradient, Turmeinfluss, Schräganströmung, Böen und Turbulenzen können dabei berücksichtigt werden. Zentrifugal- und Gravitationskräfte sind auch enthalten. Die Ergebnisse können als Funktion der Zeit oder als Polarplots als Funktion vom Rotorwinkel geplottet werden. Knotenverschiebungen und Elementkräfte können berechnet werden. Der aerodynamische Induktionsfaktor wird für den Rotor bei jedem Zeitschritt berechnet.