Entwurf und Berechnung einer Kleinwindkraftanlage Masterarbeit

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Entwurf und Berechnung einer Kleinwindkraftanlage Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung ......................................................................................................................................... 4 1.1 Motivation ........................................................................................................................................ 4 1.2 Aufgabestellung .............................................................................................................................. 4 1.3 Aufbau dieser Masterarbeit .......................................................................................................... 4 2. Beschreibung für die Konstruktion der Kleinwindkraftanlage .......................................... 5 2.1 Bauformen für die Konstruktion der Windkraftanlage............................................................... 6 2.2 Verwendeter Baustoff und Querschnittsbezeichnung .............................................................. 8 3. FEM-Simulation des Mastes ........................................................................................................ 9 3.1 Allgemeines..................................................................................................................................... 9 3.2 Modellierung des Gittermastes .................................................................................................. 10 4. Schwingungsanalyse für die Anlage ...................................................................................... 12 4.1 Vorbemerkung .............................................................................................................................. 12 4.2 Überprüfung der Schwingungsanfälligkeit der Konstruktion ................................................. 12 4.3 Berechnung der Eigenfrequenzen ............................................................................................. 13 5. Einwirkung auf Windkraftanlage .............................................................................................. 16 5.1 Ständige Einwirkung auf Anlage ................................................................................................ 16 5.1.1 Allgemeines zum Eigengewicht .............................................................................................. 16 5.1.2 Ermittlung des Eigengewichtes .............................................................................................. 16 5.2 Veränderliche Einwirkungen auf Windkraftanlage ................................................................. 17 5.2.1 Windlasten nach DIN 1055-4(2005-03) einschl. DIN V4131(2008) .................................. 17 5.2.1.1 Allgemeines ............................................................................................................................ 17 5.2.1.2 Statische Ersatzlast ............................................................................................................... 18 5.2.1.3 Verfahren zur Ermittlung des Böenreaktionsfaktors ........................................................ 18 5.2.1.4 Ermittlung des Böenreaktionsfaktors .................................................................................. 24 5.2.1.5 Ermittlung der Windlasten rechtwinklig ( unter zur Fachwerkwand ..................... 26 1
Entwurf und Berechnung einer Kleinwindkraftanlage 5.2.1.6 Ermittlung der Windlasten schräg (unter zur Fachwerkwand ................................ 31 5.2.1.7 Ermittlung der Windlasten auf dem Rohrmast .................................................................. 32 5.2.2 Eislasten ..................................................................................................................................... 34 5.2.2.1 Allgemeines zur Eislasten .................................................................................................... 34 5.2.2.2 Zuordnung der Vereisungsklassen ..................................................................................... 34 5.2.2.3 Ermittlung der Eislasten mit Vereisungsklasse R2 ........................................................... 34 5.2.2.4 Ermittlung der Windlasten für Gittermast bei Vereisungsklasse R2 ............................. 35 5.2.2.5 Ermittlung der Windlasten für Rohrmast bei Vereisungsklasse R2 ............................... 39 5.2.3 Verkehrslast ............................................................................................................................... 40 5.3 Lastfälle und Lastkombinationen ............................................................................................... 41 5.3.1 Lastfälle ...................................................................................................................................... 41 5.3.2 Lastfallkombinationen .............................................................................................................. 41 6. Schnittgrößenermittlung des Mastes ..................................................................................... 43 6.1 Schnittgrößenermittlung bei Lastkombination LK1 ................................................................ 43 6.2 Schnittgrößenermittlung bei Lastkombination LK2 ................................................................. 47 7. Zusammenstellung maßgebender Nachweise des Mastes ............................................. 50 7.1 Allgemeiner Spannungsnachweis von Flächen und Stäbe ................................................... 50 7.1.1 Spannungsnachweise von Flächenelement 1 und 2 .......................................................... 50 7.1.2 Spannungsnachweise von Stäbe ........................................................................................... 55 7. 2 Stabilitätsnachweise des Mastes.............................................................................................. 58 7.2.1 Biegeknicknachweise ............................................................................................................... 58 7.2.1.1 Vorbemerkung ....................................................................................................................... 58 7.2.1.2 Bemessung............................................................................................................................. 59 7.2.2 Biegedrillknicknachweise ......................................................................................................... 68 7.3 Tragsicherheitsnachweise für Schraubverbingung ................................................................. 72 7.3.1 Vorbemerkung ........................................................................................................................... 72 7.3.2 Nachweis der Verbindung zwischen Eckstiel und Diagonalstrebe ................................... 74 2
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