
\newpage
\thispagestyle{plain}
\section{Einleitung}\label{sec:Einleitung}
Hintergrund der Masterthesis ist das an der HAW Hamburg durchgeführte Forschungsprojekt \glqq WindNumSim\grqq\ zur Entwicklung und Anwendung eines neuartigen Simulationsmodells zur strukturellen und akustischen Optimierung einer Windenergieanlage mit Hilfe
von Fluid-Struktur-Interaktionen.

Ziel dieser Masterthesis ist die Erstellung eines 3D-Strukturmodells einer Windenergieanlage (5MW NREL-Anlage), welches die Komponenten Rotorblatt, Turm, Spinner und Gondel beinhaltet sowie anschließender 3D FEM-Berechnung für ausgewählte Lastfälle. 
Die Bearbeitung umfasst die folgenden Punkte:
\begin{itemize}
\item Erweiterung eines bestehenden parametrisierten Flächenmodells der Windenergie-
anlage mit CATIA V5
\item Erstellung eines 3D-Strukturmodells der Windenergieanlage mit vollständigem
Laminataufbau der Rotorblätter in ANSYS Workbench
\item Vernetzung der Struktur mit Schalenelementen
\item Validierung des 3D-Strukturmodells anhand gegebener Literaturangaben
\item Durchführung verschiedener strukturmechanischer Analysen (z.B. Modalanalyse,
dynamische Analyse, statische Belastung durch das Windfeld o.ä.)
\end{itemize}
Die FEM-Berechnung wird mit dem Programm ANSYS durchgeführt.

\subsection{Forschungsprojekt}
Das Forschungsprojekt zur \ac{WindNumSim}\footnote{WindNumSim, URL: \url{http://www.mp.haw-hamburg.de/pers/Graetsch/WindNumSim_main.htm}}.

\subsection{Windenergieanlage}
Bei der \ac{WEA} handelt es sich um eine von \emph{\ac{NREL}}\footnote{NREL, URL: \url{http://www.nrel.gov/}} zusammengestellte küstenabgewandte Ausgangs"=\ac{WEA},
welche im Forschungsbericht \emph{Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development} \cite{NREL09} dokumentiert ist.
Das \ac{NREL} verwendet als Grundlage die öffentlich zugänglichen Informationen der Muster-\ac{WEA} von \emph{Multibrid~M5000} und \emph{REpower~5MW}.   
Aufgrund unzureichend öffentlichen Informationen der Muster-\ac{WEA}, verwendet das \ac{NREL} zusätzlich  öffentlich zugängliche Eigenschaften der Konzeptmodelle von den Projekten \emph{WindPACT}, \emph{RECOFF} und \emph{DOWEC}.
Die \ac{WEA} ist somit eine Zusammensetzung der einzelnen Modellen mit den repräsentativsten Spezifikationen.

Da die \emph{REpower~5MW} gegenüber der \emph{Multibrid~M5000} für das \ac{NREL} eher konventionelle und erwartende Eigenschaften hat und die \emph{DOWEC} sehr hohe Übereinstimmung mit der \emph{REpower~5MW} hat, ist die \ac{NREL} Ausgangs-\ac{WEA}
hauptsächlich aus diesen beiden Arbeiten entstanden.

Neben der hiesigen Verwendung der Ausgangs-\ac{WEA} von \ac{NREL}, fand die \ac{WEA} unter anderem für Projekte des \emph{U.S. DOE's Wind \& Hydropower Technologies Program}s und des \emph{European Union UpWind research program}s sowie der \emph{International Energy Agency (IEA) Wind Annex XXIII Subtask 2 Offshore Code Comparision Collaboration (OC3)} Anwendung.

\subsection{Modellbildung}
Zur Modellbildung der \ac{WEA} kommen unterschiedliche Programme zum Einsatz.
Die dreidimensionale Geometrieerzeugung erfolgt mit dem \acs{CAD}"=Programm \emph{CATIA\,V5} von der Firma \emph{Dassault Systèmes}\footnote{URL: \url{http://www.3ds.com/de/}}.
Die Simulation hingegen erfolgt mit dem \acs{FEM}"=Programm \emph{ANSYS Mechanical} von der Firma \emph{ANSYS}\footnote{URL: \url{http://www.ansys.com/de_de}} über die \emph{ANSYS Workbench} in der 15.\,Version.

Abbildung \ref{fig:E:Interaktionen} zeigt die groben Modellinteraktionen.
 
\begin{figure}[H]\centering
\begin{tikzpicture}[mindmap, scale=0.85,
%  level 1 concept/.append style={level distance=130,sibling angle=30}
  every node/.style={concept, execute at begin node=\hskip0pt, scale=0.85}, 
  text=white, grow cyclic,
  level 1 concept/.append style={level distance=4.75cm,sibling angle=45},
  level 2/.append style={level distance=3cm,sibling angle=30},
  root concept/.append style={
    concept color=black, fill=white, line width=1ex, text=black
  }
  ]
  \begin{scope}[mindmap, text=white]
    \node [root concept, font=\bfseries] (modell) {Berechnungs-modell}[clockwise from=0] 
      child [concept color=matlab7, grow=10] {node (cad) {Computermodell}}
      child [concept color=matlab7, grow=200] {node (la) {Lagenaufbaustudie}};
  \end{scope}
  \begin{scope}[mindmap, concept color=matlab2,text=white]
    \node [concept] at (1,-8.5) {Programme}
      child [concept, grow=155]
        {node (ansys) {ANSYS} 
           child[grow=75] {node (workbench) {Workbench}}
           child[grow=135, level distance=90] {node (apdl) {APDL}}
        }
      child [grow=50, level distance=170] 
        {node [concept] (catia) {CATIA}}
      child [grow=85] 
        {node [concept] (vba) {VBA"=Makro}}
      child [grow=185, level distance=180] 
        {node [concept] (matlab) {MATLAB}};
  \end{scope}
  \begin{scope}[mindmap, concept color=matlab1,text=white]
    \node [concept] at (-2.5,4.5) (nrel) {NREL"=Ausgangs"=WEA} [clockwise from=0] 
      child [grow=-10] 
        {node [concept] (mbm5) {Multibrid M5000}}
      child [grow=20] 
        {node  [concept] (rep5) {REpower 5MW}}
      child [grow=170] 
        {node [concept] (windpact) {WindPACT}}
      child [grow=200]
        {node  [concept] (recoff) {RECOFF}}
      child [grow=230]
        {node [concept] (recoff) {DOWEC}};
  \end{scope}
  \begin{pgfonlayer}{background}
    \path (nrel) to[circle connection bar] (modell);
    \path (nrel) to[circle connection bar] (la);
    \path (nrel) to[circle connection bar] (cad);
    \path (workbench) to[circle connection bar] (modell);
    \path (vba) to[circle connection bar] (catia) to[circle connection bar] (cad);
    \path (matlab) to[circle connection bar] (apdl) to[circle connection bar] (la);
%    \draw [circle connection bar]
%      (nrel) edge (modell)
%      (nrel) edge (la)
%      (nrel) edge (cad)
%      (workbench) edge (modell)
%      (catia) edge (vba) edge (cad)
%      (apdl) edge (matlab) edge (la);
  \end{pgfonlayer}
\end{tikzpicture}
\caption{Modellinteraktionen}
\label{fig:E:Interaktionen}
\end{figure} \vspace{-1.5em}

%\begin{tikzpicture}[
%  mindmap,
%  every node/.style={concept, execute at begin node=\hskip0pt},
%  root concept/.append style={
%    concept color=black, fill=white, line width=1ex, text=black
%  },
%  text=white, grow cyclic,
%  level 1/.append style={level distance=4.5cm,sibling angle=90},
%  level 2/.append style={level distance=3cm,sibling angle=45}
%]
%
%\node[root concept] {Berechnungs-modell} % root
%child[concept color=red] { node {Programme}
%child { node {ANSYS} }
%child { node {CATIA} }
%child { node {MATLAB} }
%child { node {} }
%}
%child[concept color=blue] { node {NREL"=Ausgangs"=WEA}
%child { node {Multibrid M5000} }
%child { node {REpower 5MW} }
%child { node {WindPACT} }
%child { node {RECOFF} }
%child { node {DOWEC} }
%child { node {} }
%}
%child[concept color=orange] { node  {Measuring Complexity}
%child { node {Complexity Measures} }
%child { node {Classifying Complexity} }
%child { node {Comparing Complexity} }
%child { node {Describing Complexity} }
%}
%child[concept color=green!50!black] { node {Solving Problems}
%child { node {Exact Algorithms} }
%child { node {Randomization} }
%child { node {Fixed-Parameter Algorithms} }
%child { node {Parallel Computation} }
%child { node {Partial Solutions} }
%child { node {Approximation} }
%};
%\end{tikzpicture}