Structural optimization of a horizontal axis wind turbine blade made from new hybrid composites with kenaf fibers

红麻 Spar平台 涡轮叶片 空气动力学 复合材料 玻璃纤维 材料科学 套管 偏转(物理) 结构工程 复合数 涡轮机 纤维 工程类 机械工程 航空航天工程 物理 光学
作者
Zakaria Belfkira,Hamid Mounir,Abdellatif El Marjani
出处
期刊:Composite Structures [Elsevier]
卷期号:260: 113252-113252 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.compstruct.2020.113252
摘要

This manuscript presents a continuation of a previous work of the same authors that aims to optimize the materials of wind turbine blades using natural fiber through a hybridization technique. This new conception consists of introducing kenaf fibers into a hybrid composite material initially made with synthetic fibers. Firstly, a detailed analysis was performed to optimize the aerodynamic shape of the wind turbine blade while maintaining an optimal aerodynamic performance. Secondly, ANSYS® Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to calculate the aerodynamic parameters needed later in the structural justification. Finally, the blade geometry was imported to PATRAN® software within the objective of establishing a deep analysis of the blade structure taking into account the new combination of the three kinds of fibers: Carbon, glass and kenaf fibers. This fibers combination consists of a skin blade composed with kenaf and glass fibers, a spar cap made of carbon and glass fibers and a spar web made entirely with glass fibers. Compared to the non-optimized model, an evaluation based on materials resistance, weight and cost savings, has shown a weight saving of 40%, a material cost saving of 67% and a tip deflection of about 17% lower than the allowable threshold.

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