Modelo elástico nolineal para simulaciones aeroelasticas

Abstract

Las turbinas eólicas modernas requieren rotores de gran diámetro, bajo peso y bajo costo. Estos requisitos generan palas más esbeltas y de menor peso específico, lo cuál implica una disminución de la rigidez y permite el surgimiento de fenómenos de naturaleza dinámica y aeroelástica. Uno de los efectos dinámicos más importantes es la rigidización geométrica debida a las fuerzas centrífugas. El modelado de la rigidización geométrica o rotacional de vigas flexibles es un área de estudio y discusión permanente. Para poder representar correctamente el fenómeno de rigidización es imperativo utilizar teorías de viga geométricamente exactas. En trabajos anteriores, los autores estudiaron el comportamiento aeroservoelástico de una superficie sustentadora con un alerón extrínsecamente inteligente, inmersos en un marco rotante. En dichos trabajos se representó el comportamiento elástico de la superficie mediante un modelo elástico lineal. En el presente trabajo, se reemplaza el modelo elástico lineal por otro que incorpora nolinealidades de origen geométrico, con el objetivo de capturar los efectos de rigidización debidos a la velocidad de rotación del sistema. Para incorporar los efectos nolineales se describe el campo de deformaciones en la configuración original mediante el tensor de Green-Lagrange. Para poder resolver la ecuación nolineal del movimiento, se asume que los desplazamientos elásticos se pueden representar mediante un desplazamiento estacionario de equilibrio más una pequeña perturbación. De esta forma se obtiene un modelo linealizado alrededor de un punto de equilibrio nolineal y estacionario. El modelo es validado con un problema clásico de la dinámica de vigas rotando a velocidad constante. Seguidamente se estudia la respuesta de una pala correspondiente a una turbina eólica de 70m de diámetro.