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Aktuelle Forschungsprojekte

Fundierte Metamodellbildung stochastischer, geregelter Strukturen am Beispiel von Windenergieanlagen (MetaWind)

 

Leitung:

Dr.-Ing. Clemens Hübler

Bearbeitung:

Franziska Müller, M.Sc.

Laufzeit:

2019- 2021

Förderung durch:

Leibniz Young Investigator Grant (LUH)

Kurzbeschreibung:

Smarte Systeme, die zumeist aus dem Bereich der Kommunikationstechnik kommen und auf einer Kombination von vernetzten, regel- oder steuerbaren, sensorischen und intelligenten Teilsystemen bestehen, sind in den Medien in den letzten Jahren allgegenwärtig. Eigentlich gibt es smarte Systeme schon seit Jahren in verschiedensten Ingenieurbereichen. Im Bauingenieurwesen sind dies zum Beispiel Windenergieanlagen, die vernetzte Elemente der Mess- und Regelungstechnik aufweisen. Für eine wirtschaftliche und zuverlässige Auslegung dieser Systeme ist deren Simulation notwendig. Aufgrund des nichtlinearen, stochastischen und geregelten Verhaltens solcher Systeme kann die erforderliche Rechenleistung unwirtschaftlich hoch sein. In diesem Fall können Ersatzmodelle, sogenannte Metamodelle, zum Einsatz kommen, die das Systemverhalten approximieren. Zwar werden solche Metamodelle heutzutage bereits vielfach eingesetzt, doch ihre Genauigkeit und Effizienz sind bei komplexen Systeme bisher beschränkt oder zumindest kaum umfassend analysiert. Daher adressiert dieses Forschungsvorhaben diese Forschungslücke und entwickelt fundierte Metamodelle für Windenergieanlagen auf Basis eines umfassenden Vergleichs verschiedener Varianten.

 

 

Effizienzsteigerung unscharfer Strukturanalysen von Windenergieanlagen im Zeitbereich (ENERGIZE)

Bild zum Projekt Effizienzsteigerung unscharfer Strukturanalysen von Windenergieanlagen im Zeitbereich (ENERGIZE)

Leitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes, Dr.-Ing. Cristian Gebhardt

Bearbeitung:

Dr.-Ing. Clemens Hübler

Laufzeit:

2019 – 2022

Förderung durch:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kurzbeschreibung:

Windenergie ist eine zukunftsträchtige Technologie zur Erfüllung der Ziele für den Ausbau erneuerbarer Energien. Zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit müssen Kosten gesenkt und die Zuverlässigkeit erhöht werden. Ein erfolgversprechender Ansatz hierfür ist die realitätsnähere numerische Strukturanalyse von Windenergieanlagen (WEA) unter Berücksichtigung von polymorpher Unschärfe. Unter Unschärfe ist, die Variabilität, Unvollständigkeit und Ungenauigkeit von Daten zu verstehen. Eine Möglichkeit polymorphe Unschärfe zu modellieren, ist die Verwendung von Methoden der „imprecise probability“. In der Forschung im klassischen Bauingenieurwesen werden solche Ansätze zuletzt vermehrt angewendet. Aufgrund der Komplexität von WEA, die Herausforderungen mit unbekannten und streuenden Eingangsparametern (typisch für das Bauingenieurwesen) und komplexes Regelverhalten (typisch für den Maschinenbau) vereinen, sind solche Ansätze bisher nicht zu finden. Rechenzeiten sind teilweise zu hoch und die Verwendung von Metamodellen ist aufgrund der Komplexität von WEA nur bedingt möglich. Daher werden in diesem Forschungsvorhaben zunächst geeignete Methoden der „imprecise probability“ auf ein WEA-Modell angewendet. Anschließend - hier liegt der Kern des Vorhabens – wird die Effizienz der unscharfen Analyse gesteigert, indem die Anzahl der erforderlichen Modellauswertungen reduziert wird. Dies erfolgt einerseits mit Hilfe weiterentwickelter Sensitivitätsanalysen, die unter Berücksichtigung polymorph unscharfer Parameter verwendet werden können. So kann die Anzahl der unscharfen Parameter reduziert werden. Andererseits werden Stichprobenverfahren entwickelt, die mit Methoden der „imprecise probability“ und Lastextrapolationsverfahren für WEA kombinierbar sind. Anschließend kann eine effizientere Strukturanalyse von WEA unter Berücksichtigung von polymorpher Unschärfe bei gleichzeitiger Einhaltung adäquater Rechenzeiten durchgeführt werden, sodass realitätsnähere Analysen möglich sind.

 

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Optimierung der Bemessung hybrider Türme und Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts (HyTowering)

Bild zum Projekt Optimierung der Bemessung hybrider Türme und Entwicklung eines geeigneten Monitoringkonzepts (HyTowering)

Leitung:

Prof. Dr.-Ing. Steffen Marx

Bearbeitung:

Nikolai Penner, M.Sc., Benedikt Hofmeister, M.Eng.

Laufzeit:

01.01.2018 - 31.12.2020

Förderung durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0324221A

Kurzbeschreibung:

Bei weiter steigenden Turmhöhen werden zunehmend Hybridtürme aus vorgespannten Betonsegmenten und aufgesetzten Stahltürmen für Onshore-Windenergieanlagen eingesetzt. Mit der Höhe wächst das Risiko für Instabilitäten bzw. für Schäden an der Struktur. Gegenstand des genehmigten Forschungsvorhabens sind daher großformatige Versuche an Betonsegmenttürmen, an denen sowohl Bemessungsmodelle entwickelt als auch Monitoringkonzepte erprobt werden können.

 

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Gebrauchstauglichkeit und Komfort von dynamisch beanspruchten Holztragwerken im urbanen mehrgeschossigen Hochbau (DBH)

Bild zum Projekt Gebrauchstauglichkeit und Komfort von dynamisch beanspruchten Holztragwerken im urbanen mehrgeschossigen Hochbau (DBH)

Leitung:

Henning Klattenhoff (ASSMANN BERATEN + PLANEN AG)

Bearbeitung:

Dr.-Ing. Tanja Grießmann, Benedikt Hofmeister, M.Eng.

Laufzeit:

2018- 2021

Förderung durch:

Deutsche Bundesstiftung Umwelt - Aktenzeichen 34548/01 - 25

Kurzbeschreibung:

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Analyse von Schwingungs- und Erschütterungsphänomenen im modernen, urbanen Holzbau und die Entwicklung von innovativen Methoden und technischen Empfehlungen für Planer und Projektentwickler. Zusätzlich sollen Mess- und Ergebnisdaten in digitaler Form veröffentlicht werden. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach urbanen Holzbauten, insbesondere in einem von Verkehrserschütterungen stark beeinflussten Umfeld, wird die Fragestellung nach dem Schwingungsverhalten vielgeschossiger Holztragwerke bemessungsrelevant und immer dringender. In Kombination mit der per se vorhandenen Nachhaltigkeit des Baustoffes Holz schafft eine ausreichende Planungssicherheit gleichzeitig die Voraussetzung dafür, dass mehrgeschossige Gebäude zukünftig komplett in Holzbauweise ausgeführt werden können und dadurch im Vergleich mit einer Bauweise in Stahlbeton eine deutlich nachhaltigere Variante gewählt werden kann. Im Ergebnis des Projekts werden wichtige Beiträge zur Sicherstellung schwingungsabhängiger Komforteigenschaften von Holzgebäuden erwartet.

 

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Multivariates Schadensmonitoring von Rotorblättern (MultiMonitorRB)

Bild zum Projekt Multivariates Schadensmonitoring von Rotorblättern  (MultiMonitorRB)

Leitung:

Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes

Bearbeitung:

Dorian Pache, M.Sc., Christian Gerendt, M.Sc.

Laufzeit:

01.03.2017 – 31.02.2020

Förderung durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0324157A

Kurzbeschreibung:

Wesentliche Ziele des Projektes MultiMonitorRB sind die Entwicklung, Kombination und Erprobung von globalen und lokalen SHM-Verfahren für Rotorblätter von Windenergieanlagen. Im Sinne einer multivariaten Vorgehensweise werden verschiedene strukturmechanische und akustische Ansätze, welche unterschiedliche Kenngrößen und Schadensmerkmale erfassen können, berücksichtigt. Die SHM-Verfahren sollen eine automatisierte und zuverlässige Erkennung und Klassifizierung strukturrelevanter Schäden im frühen Stadium gewährleisten.

 

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Von der Schallquelle zur psycho-akustischen Bewertung (WEA-Akzeptanz)

Bild zum Projekt Von der Schallquelle zur psycho-akustischen Bewertung (WEA-Akzeptanz)

Leitung:

Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes

Bearbeitung:

Jasmin Hörmeyer, M.Sc., Susanne Martens, M.Sc., Tobias Bohne, M.Sc.

Laufzeit:

01.04.2017 – 31.03.2020

Förderung durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0324134A

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen des Projektes soll ein interdisziplinärer Ansatz verfolgt werden, der die physikalische Schallentstehung, -abstrahlung und -ausbreitung mit der psychoakustischen Bewertung am Immissionsort verknüpft. In Zusammenarbeit zwischen dem Industriepartner Senvion, dem IKT und dem IMUK der Leibniz Universität Hannover, soll ein akustisches Gesamtmodell entwickelt werden, das sowohl die Schallentstehung am Rotor, an WEA-Komponenten und in der Gondel, als auch die Schallausbreitung bis zum Empfänger unter realistischen atmosphärischen Bedingungen erfasst. Das Gesamtmodell beinhaltet auch die für die Akzeptanz in der Bevölkerung so wichtige psychoakustische Lästigkeitsbewertung der berechneten Schallimmissionen.

 

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Deutsche Forschungsplattform für Windenergie (DFWind)

Bild zum Projekt Deutsche Forschungsplattform für Windenergie (DFWind)

Leitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes (LUH), Dr.-Ing. Henrik Oertel (extern: DLR)

Bearbeitung:

Dr.-Ing. Tanja Grießmann, Stefan Wernitz, M.Sc., Benedikt Hofmeister, M.Eng., Dorian Pache, M.Sc.

Laufzeit:

01.01.2016 – 31.12.2018

Förderung durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie - FKZ 0325936E

Kurzbeschreibung:

Das Ziel des Projektes ist die Schaffung der Grundlagen einer Windenergieforschungs- und Entwicklungsplattform, mit der zahlreiche Themen für deren Nutzung entlang der gesamten Wirkungskette in einer bisher unerreichten Qualität bearbeitet werden können. Der Forschungsfokus liegt auf der Interaktion der Subsysteme im Gesamtsystem Windenergieanlage auch unter Berücksichtigung der gegenseitigen Beeinflussung von zwei separaten WEA bis hin zur Wirkung auf das Verbundnetz. Das ISD wird sich hierbei auf die intelligente Messdatenanalyse, die Strukturüberwachung sowie die Berechnung gekoppelter dynamischer Systeme konzentrieren.

 

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Verbundforschung zur Steigerung der Effizienz von Windenergieanlagen im Energiesystem (ventus efficiens)

Bild zum Projekt Verbundforschung zur Steigerung der Effizienz von Windenergieanlagen im Energiesystem (ventus efficiens)

Leitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes

Bearbeitung:

Dr.-Ing. Cristian Gebhardt, Karsten Schröder, M.Sc.

Laufzeit:

01.12.2014 - 31.12.2019

Förderung durch:

Nds. Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Kurzbeschreibung:

Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die Steigerung der Effizienz von (Offshore-) Windenergieanlagen im Energiesystem. Obwohl diese heute mit hoher Qualität hergestellt, errichtet und betrieben werden, ist eine kontinuierliche Steigerung der Effizienz unabdingbar. Nur so können die Stromgestehungskosten noch deutlich weiter gesenkt werden. Dies ist für die Windenergie von besonderer Bedeutung, da sie in Zukunft einen wesentlichen Anteil der europäischen Stromproduktion stellen wird.

 

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Schwingungs- und Festigkeitsverhalten von Bauteilen mit regenerations-bedingten Imperfektionen und Eigenspannungen (TP B4 "Stochastische Strukturanalyse" des SFB 871)

Bild zum Projekt Schwingungs- und Festigkeitsverhalten von Bauteilen mit regenerations-bedingten Imperfektionen und Eigenspannungen (TP B4 "Stochastische Strukturanalyse" des SFB 871)

Leitung:

Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes

Bearbeitung:

M.Sc. Ricarda Berger (seit 2016), Dipl.-Ing. Timo Rogge (bis 2015)

Laufzeit:

2010-2021

Förderung durch:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Kurzbeschreibung:

Reale Bauteile weisen regenerationsbedingte Imperfektionen (Geometrie, Material und Eigenspannungen) auf, die das Strukturverhalten maßgeblich beeinflussen. Am Anwendungsbeispiel des komplexen Investitionsguts einer Verdichterblisk, wird der Regenerationseinfluss auf die Anfahrdynamik und Lebensdauer quantifiziert. Grundlage für die notwendige probabilistische Strukturanalyse sind effiziente Berechnungsansätze. Letztlich erfolgt eine Bewertung der möglichen Regenerationspfade (konkurrierende und nichtkonkurrierende).

 

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