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dc.creatorDellaroza, Danilo Gomes-
dc.date.accessioned2021-05-11T21:57:10Z-
dc.date.available2021-05-11T21:57:10Z-
dc.date.issued2021-02-26-
dc.identifier.citationDELLAROZA, Danilo Gomes. Otimização estrutural de pás de turbinas eólicas de material compósito via funções de base radial. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/24921-
dc.description.abstractWind turbines are machines capable of transforming wind kinetic energy into electricity. The turbine blades are responsible for converting aerodynamic forces into torque for the generator. In most cases, blades are made of composite materials and their stiffness and behavior affect the turbine performance, on the other hand, the material and layup orientation influence the blade stiffness. By taking advantage of the bendtwist coupling that is offered by the layup sequence of composite materials, it is possible to produce a passive control of the pitch angle in small size wind turbines. The passive control aims to improve the blade performance for higher wind speeds than the nominal design speed. Within this context, this research aims to obtain the best layup sequence of a wind turbine blade made of laminated composite material using metamodeling based optimization. For this, the finite element method is used to model the mechanical behavior of the wind turbine blade. The model is parameterized in order to simulate several layup configurations and to evaluate the behavior of the blade undergoing different wind speeds. From the simulation responses of the finite element model, a surrogate model is generated, using radial basis functions. Ply orientations are adopted as input variables, and the power coefficient of the wind turbine as output. In possession of the metamodel, an optimization process is carried out to find the layup sequence that offers the highest power coefficient. The optimized layup sequence is compared with other layup configurations, as well as the surrogate model responses with the finite element model itself. The results demonstrate that the optimization methodology using metamodels is efficient, moreover, the passive control of the pitch angle of wind turbine blades can be applied and generates a better performance for the turbine, using for that the bend-twist coupling of composite materials.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/pt_BR
dc.subjectTurbinas eólicas - Aerodinâmicapt_BR
dc.subjectMateriais laminadospt_BR
dc.subjectOtimização estruturalpt_BR
dc.subjectEnergia eólicapt_BR
dc.subjectDeformações (Mecânica)pt_BR
dc.subjectModelos matemáticospt_BR
dc.subjectMétodo dos Elementos Finitospt_BR
dc.subjectMétodos de simulaçãopt_BR
dc.subjectWind turbines - Aerodynamicspt_BR
dc.subjectLaminated materialspt_BR
dc.subjectStructural optimizationpt_BR
dc.subjectWind energypt_BR
dc.subjectDeformations (Mechanics)pt_BR
dc.subjectMathematical modelspt_BR
dc.subjectFinite element methodpt_BR
dc.subjectSimulation methodspt_BR
dc.titleOtimização estrutural de pás de turbinas eólicas de material compósito via funções de base radialpt_BR
dc.title.alternativeStructural optimization of composite material wind turbine blades via radial basis functionpt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoTurbinas eólicas são máquinas capazes de converter energia cinética do vento em eletricidade. As pás da turbina são responsáveis por converter as forças aerodinâmicas em torque para o gerador. Na maioria dos casos, as pás são fabricadas com materiais compósitos e sua rigidez e comportamento têm influência direta no desempenho da turbina, e, por sua vez, o material e sequência de laminação influenciam na rigidez da pá. Tirando proveito do acoplamento flexão-torção proporcionado pela sequência de laminação dos materiais compósitos, é possível produzir um controle passivo do ângulo de arfagem das pás de geradores eólicos de pequeno porte. Esse controle passivo tem por objetivo melhorar o rendimento das pás para velocidades de vento superiores à que a velocidade nominal de projeto. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo obter a melhor configuração de empilhamento para o projeto de uma pá de turbina eólica de material compósito laminado utilizando uma técnica de otimização baseada em metamodelagem. Para isso, utiliza-se o método dos elementos finitos para modelar o comportamento mecânico de uma pá. O modelo é parametrizado de forma a simular diferentes configurações de laminados e avaliar o comportamento da pá com diferentes velocidades de vento. A partir de resultados de simulações do modelo de elementos finitos é construído um metamodelo, utilizando funções de base radial. Adotam-se como variáveis de entrada as orientações das lâminas do material compósito e, como saída, o coeficiente de potência da turbina eólica. Em posse do metamodelo, realizase um processo de otimização para encontrar a sequência de laminação que fornece o melhor coeficiente de potência. Essa sequência é comparada com as demais configurações de laminado, assim como as respostas obtidas através do metamodelo são verificadas com as respostas do modelo de elementos finitos. Os resultados encontrados demonstram que a metodologia de otimização utilizando metamodelos é eficiente, além disso, o controle passivo do ângulo de arfagem de pás de geradores eólicos pode ser empregado gerando ganho de rendimento da turbina, usando para isso o acoplamento flexão-torção dos materiais compósitos.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-9658-786Xpt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0339337795806630pt_BR
dc.contributor.advisor1Luersen, Marco Antonio-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3769-8815pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4815765372448868pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Silva, Claudio Tavares da-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-9127-6229pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5446588401443181pt_BR
dc.contributor.referee1Pereira, Jucelio Tomas-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-2483-4339pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3258218450203612pt_BR
dc.contributor.referee2Luersen, Marco Antonio-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-3769-8815pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4815765372448868pt_BR
dc.contributor.referee3Donadon, Mauricio Vicente-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-9016-5340pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/1493239952726031pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSpt_BR
dc.subject.capesEngenharia Mecânicapt_BR
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