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방조혁(Bang, Jo-Hyug),홍혁수(Hong, Hyeok-Soo),박진일(Park, Jin-Il),류지윤(Ryu, Ji-Yune) 한국신재생에너지학회 2008 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.10
This study proposes an essential process of type certificate, which is load comparison for proving the calculated design load. The load measurement was carried out according to IEC 61400-13 standard and the load calculation was performed with same condition using FLEX 5 code. For more accurate load simulation, the controller parameter of original model at the design stage was modified to site optimized value and some node points are added to coincidence with measurement. The load comparison was performed with various wind parameter, turbulence intensity and wind shear. As a result, simulated loads ware good agreed with the measured load. Therefore, the calculated design loads according to IEC 61400-1 standard were proved to valid.
방조혁(Bang, Jo-Hyug),김양수(Kim, Yang-Soo),류지윤(Ryu, Ji-Yune),김두훈(Kim, Doo-Hoon),박선호(Park, Sun-Ho),박병준(Park, Byoung-Jun) 한국신재생에너지학회 2007 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.11
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.
구조시험을 통한 대형 복합재 회전날개 구조물의 수명예측 및 설계 개선에 관한 연구
공창덕,방조혁,정종철 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2000 機械技術硏究 Vol.3 No.1
본 연구에서는 750kW급 수평축 풍력발전용 복합체 회전날개를 우리나라의 풍황에 적합하도록 설계하였다. 설계된 결과는 선형정적해석, 고유치 해석, 죄굴해석등을 통하여 안전성 여부를 확인하였으며 이를 실제 제작하여 구조시험을 수행하였다. 하중의 적용은 한 점 집중하중으로 하였으며 하중 크기는 풍속 20m/s에서의 돌풍을 고려한 공력 하중을 바탕으로 하여 계산하였다. 시험 시 치공구에 의한 국부적 파괴, 후연 부근의 국부 좌굴, 과도한 처짐 등의 문제점이 발생하였으며 이를 개선하기위한 개선설계를 수행하였다. 주된 설계내용으로는 과도한 무게와 처짐을 위한 섬유적층방법의 변화에 따른 구조 설계개선이다. 현재 개선설계결과로 제작된 회전날개를 전라남도 무안에 위치해있는 풍력발전단지에 설치하고 운용 중에 있으며 양호한 성능으로 발전되고 있다. In this study, the 750kW scale composite blade for the horizontal axis wind turbine system was designed. The design result was confirmed by the stress analysis, the modal analysis and the buckling analysis with Finite Element Method. In order to evaluate the structural analysis results, it was tested by the specific structural test rig for the composite blade. Applied loads for the test were the point-concentrated loads, which were considered to the extreme aerodynamic loads due to various wind speeds during operation. In the test, it was found that local buckling on the trailing edge at 0.67R station and excessive deflection of the blade tip phenomena were happened. Therefore the blade structure design was modified to solve these problems. Modified wind turbine blades were manufactured, and retested. Finally through the field test by the complete wind turbine system, the structural design was confirmed.
IEC1400-1 국제표준을 적용한 대형 수평축 풍력발전용 회전날개의 설계개선
공창덕,방조혁,정종철,감명훈,정석훈,장병섭,안주연 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2000 機械技術硏究 Vol.3 No.2
풍력 터빈회전날개의 설계시 구조적 형상을 결정하는 예비설계 단계에서 종전에는 여러 가지 다양한 경우의 설계를 수행하여 이중 적합한 경우을 채택하는 시행착오 방법은 많은 설계시간을 요하였으나, 본 연구에서는 이 같은 설계시의 비효율적 요소를 배제하고자 적층판 이론을 기초로 한 설계프로그램을 이용하는 설계기법을 계발함으로서 설계절차를 개선하였다. 개선된 설계절차에 따라 국제표준 설계규격 IEC1400-1에서 규정한 각 경우의 하중해석과 응력, 변형율 및 변형한계를 설정한 후, 단순화한 복합재 회전날개 구조에 혼합법칙과 주 응력 설계기법을 이용하여 복합재 구조의 형상을 정하였다. 설계된 구조는 본 연구를 통해 개발된 적층판 이론을 기초로 한 프로그램을 이용하여 강도 및 좌굴에 대한 구조의 안정성을 확인하여 상세설계 과정 시 소요되는 시간을 최소화하였다. 설계된 구조는 표피 등을 고려하여 수정 설계한 후 유한요소법을 이용하여 응력, 변형율, 변위, 고유진동수, 좌굴안정성, 피로수명등을 해석하여 국제 표준규격의 만족여부를 확인하였다. Because the previous design procedure for the composite wind turbine blade structure using trial and error method takes long time, a improved design procedure by using the program based on classical laminate theory was proposed to reduce the inefficient element. According to the improved design procedure, limitation of strains, stresses and displacements specified by international standard specification IEC1400-1 for the composite wind turbine blade were applied to sizing the structural configuration by using the rule of mixture and the principal stress design technique with a simplified turbine blade. Structural safety for strength and buckling stability was confirmed by the developed analysis program based on the laminate theory to minimize the design procedure. After modifying the preliminary design result with additional structural components such as skin, foam sandwich and mounting joints, stresses, strains, displacements, natural frequency, buckling load and fatigue life were analyzed by the finite element method. Finally these results were confirmed by comparing with IEC1400-1 specification.
홀을 갖는 탄소섬유/에폭시 복합재료 적층판의 압축강도에 관한 크기 효과 연구
공창덕,방조혁,이정환,Soutis, C. 朝鮮大學校 機械技術硏究所 2001 機械技術硏究 Vol.4 No.1
지난 20년 동안 인장하중과 굽힘 하중 상태에서 복합재료 적층판의 크기효과에 관한 많은 연구가 수행되었으며, 시편의 크기를 증가함에 따라 복합재 적층판의 강도가 저하되는 경향은 잘 알려져 있다. 그러나, 복합재 압축시험의 어려움으로 인해 압축하중 상태에서 시편의 파괴강도에 대한 크기효과에 관한 연구는 거의 수행되지 않았다. 본 연구에서는 홀을 갖는 복합재의 압축 강도에 대한 크기효과를 고찰하기 위해 T300/924C, 〔45°/-45°/0°/90°〕_3s를 사용하였으며, 시편의 크기 변화를 위해 2차원 면적 변화(시편의 폭 및 길이 변화)를 고려하는 평면 스케일링 방법을 사용하였다. 실험 결과는 유한 폭을 가지는 평판에 대한 명확한 홀 크기 효과를 보였을 뿐만 아니라, 같은 a/W(홀 직경/시편 폭)를 갖는 시편에서도 크기 효과를 확인할 수 있었다. 반면에 홀이 없는 시편은 명확한 강도 크기 효과를 보이지 않았다. Over two decades, many research have been performed studies on strength size effects in composite laminates under tensile and flexural loads. It is well known that there is a tendency for the strength of fibre-reinforced composites to decrease with increasing specimen size. Under compressive load, however, little work has been done on the effect of specimen size on failure strength. This is due to the fact that compressive testing of composite is very difficult. In this paper, the effect of the test specimen size on the compressive strength of composite containing open hole was considered using T300/924C, 〔45°/-45°/0°/90°〕_3s. For sizing test specimens, the in-plane scaling method is used i.e., the change of two-dimensional specimen area in specimen width and gauge length. The results clearly show that there is a hole size effect in the finite width plates. In addition, the specimens which have the same a/W(hole diameter/specimen width) exhibit a tendency of size effect. In contrast, test results of the unnotched specimens did not show a clear strength size effect.