Ημερολόγιο Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Ημερομηνία: Δευτέρα, 6 Ιουλίου 2026, 09:45
Αίθουσα: Αίθουσα Συνεδριάσεων

Ονοματεπώνυμο: ΚΟΝΤΟΠΟΥΛΟΣ ΣΑΒΒΑΣ

Θέμα: Προσομοίωση πτερυγίου ανεμογεννήτριας με χρήση πεπερασμένων στοιχείων.

Title: Simulation of a wind turbine's wing using finite elements.

Εξεταστική Επιτροπή

• ΣΤΑΥΡΟΥΛΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, Καθηγητής (επιβλέπων)
• ΑΝΤΩΝΙΑΔΗΣ ΑΡΙΣΤΟΜΕΝΗΣ, Καθηγητής
• ΑΛΕΥΡΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Επίκουρος Καθηγητής

Περίληψη

Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει την επίδραση της διαστρωμάτωσης σύνθετων υλικών στη στατική και ιδιομορφική απόκριση ενός κελύφους πτερυγίου ανεμογεννήτριας. Η γεωμετρία και οι οριακές συνθήκες διατηρούνται σταθερές, ενώ μεταβάλλεται συστηματικά η διάταξη των στρώσεων (υλικό, προσανατολισμός ινών και σειρά στρώσεων), με σκοπό την απομόνωση της επίδρασης της διαστρωμάτωσης στα αποτελέσματα. Η αριθμητική προσομοίωση πραγματοποιείται με προσέγγιση κελύφους και πολύφυλλο ορισμό στρώσεων, ώστε να αποτυπώνεται η κατευθυντική συμπεριφορά των σύνθετων υλικών χωρίς την ανάγκη τρισδιάστατης διακριτοποίησης κατά το πάχος. Στο πλαίσιο της γραμμικής στατικής ανάλυσης αξιολογούνται οι μετατοπίσεις και η ισοδύναμη τάση von Mises, με έμφαση στις περιοχές αυξημένης καταπόνησης κοντά στη ρίζα και στην εναλλαγή γεωμετρίας, όπου παρατηρούνται συγκεντρώσεις τάσεων. Παράλληλα, μέσω ιδιομορφικής ανάλυσης, προσδιορίζονται οι πρώτες ιδιοσυχνότητες και οι αντίστοιχες ιδιομορφές, ώστε να διερευνηθεί πώς η μεταβολή της ισοδύναμης δυσκαμψίας του πολυστρωματικού κελύφους επηρεάζει τα δυναμικά χαρακτηριστικά. Η σύγκριση επιλεγμένων σεναρίων διαστρωμάτωσης δείχνει ότι οι στρώσεις με προσανατολισμό 0° ενισχύουν κυρίως τη διαμήκη δυσκαμψία, ενώ οι στρώσεις ±45° επηρεάζουν εντονότερα τη διατμητική και στρεπτική απόκριση, οδηγώντας σε μετρήσιμες διαφοροποιήσεις τόσο στις μετατοπίσεις όσο και στις κατανομές τάσεων και στις ιδιοσυχνότητες. Συνολικά, τα αποτελέσματα τεκμηριώνουν ότι η διαστρωμάτωση αποτελεί καθοριστικό παράγοντα σχεδιασμού και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αποτελεσματικός μοχλός ρύθμισης της απόκρισης ενός σύνθετου κελύφους, χωρίς μεταβολή της γεωμετρίας. Λέξεις Κλειδιά: σύνθετα υλικά, διαστρωμάτωση, κέλυφος, πεπερασμένα στοιχεία, μετατόπιση, τάση von Mises, ιδιομορφές.

Abstract

This thesis investigates how composite laminate layup affects the static and modal response of a wind turbine blade shell structure. To isolate the effect of layup, the geometry and boundary conditions are kept constant, while the stacking sequence is systematically varied in terms of material assignment, fiber orientation, and ply ordering. The numerical model is developed using a shell-based finite element approach with a layered representation of the laminate, enabling an efficient description of directional behavior without requiring a full 3D discretization through the thickness. Within the linear static analysis, displacement fields and von Mises equivalent stresses are evaluated, with emphasis on areas of increased stress near the root and geometric transition areas where stress concentrations are expected. In addition, a modal (eigenfrequency) analysis is performed to compute the first natural frequencies and associated mode shapes, in order to examine how changes in the laminate’s equivalent stiffness influence the dynamic characteristics of the shell. The comparative results across selected layup configurations indicate that 0° plies primarily enhance longitudinal stiffness, whereas ±45° plies have a stronger affect on shear and torsional response, leading to measurable differences in displacements, stress distributions, and eigenfrequencies. Overall, the study demonstrates that laminate layup is a key design parameter and can be effectively used to tune the structural response of composite shell components without altering their geometry. Keywords: composites, laminate layup, shell modeling, finite element analysis, displacement, von Mises stress, mode shapes, eigenfrequencies.