بررسی تجربی اثر پیش‌بار و چیدمان پیچ بر عملکرد اتصالات کامپوزیتی پوسته ناسل توربین بادی مگاواتی

پوسته ناسل و دماغه اغلب توربین‌های بادی مگاواتی از جنس ورق های کامپوزیتی می‌باشد. با توجه به شکل و هندسه‌های مختلف و همچنین ابعاد بزرگ این قطعه، امکان ساخت یکپارچه پوسته ناسل توربین بادی وجود ندارد. از اینرو، این قطعات از تکه‌های متعددی تشکیل شده است که بنا به نیاز مکرر توربین بادی به تعمیر و نگهداری در طول عمر بیست ساله خود، این قطعات باید توسط اتصالات غیر دائم مکانیکی همچون پیچ و مهره به یکدیگر متصل شوند. از اینرو با توجه به اهمیت موضوع، شناختن تمام پارامترهای اثر گذار و موثر بر اتصالات کامپوزیتی از اهمیت بسزایی برخوردار است. یکی از مهم‌ترین پارامترهای طراحی اتصالات پیچی، میزان پیش بار پیچ و انتخاب شماره پیچ می‌باشد. با توجه به جنس ورق‌های دو طرف اتصال در پوسته ناسل، امکان افزایش بی‌مهابای پیش بار وجود ندارد. چرا که خود این موضوع می‌تواند منجر به آسیب‌هایی به ورق‌‌های کامپوزیتی گردد. از اینرو در این مقاله، در ابتدا تاثیر پیش بار پیچ و یا گشتاور سفت کردن پیچ در اتصالات کامپوزیتی، به روش تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای این منظور نمونه‌های یکسانی با گشتاورهای سفت کنندگی پیچ 2، 10، 20، 30، 40 و 50 نیوتن بر متر ساخته و تحت آزمون کشش قرار گرفته است. در ادامه، پس از تعیین بهینه‌ترین نیروی پیش بار، برای یافتن بهترین حالت چیدمان پیچ‌ها، 4 نوع چیدمان مختلف نیز مورد آزمون تجربی قرار گرفت. و درنهایت با بررسی جوانب مختلف، بهترین چیدمان برای اتصال بخش‌های مختلف پوسته ناسل و دماغه در بارهای کششی که بار غالب در پوسته ناسل طراحی شده می‌باشد، تعیین گردید.

experimental study of preload and bolt arrangement on composite joint performance in megawatt wind turbine’s nacelle cover and nose cone

the nacelle cover and nose cones of most megawatt wind turbines are made of composite sheets. due to the complex shapes, geometries, and large dimensions of these components, they are composed of several parts that must be assembled using non-permanent mechanical joints, such as bolts. therefore, it is very important to consider all the effective parameters that affect composite joints. one of the most critical design parameters for bolt connections is the amount of bolt preload or tightening torque. however, increasing the preload without caution is not feasible due to the composite material present on both sides of the joint, as this can potentially damage the composite sheets. as a result, this paper aims to evaluate experimentally the effect of bolt preload or tightening torque on composite joints. to achieve this, identical specimens were fabricated, each with a different bolt tightening torque ranging from 2 nm to 50 nm. these specimens were then subjected to a tensile load. after determining the optimal preload force, four different types of arrangements were experimentally tested to find the best bolt arrangement. finally, by examining various aspects, the best arrangement for connecting different parts of the nacelle cover and nose cone was determined.