Modellierung des Baugrunds für die Simulation einer Windenergieanlage mit Modelica und ABAQUS (PDF)

Masterarbeit aus dem Jahr 2010 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Geotechnik, Note: 1,0, Hochschule Bremen (Fraunhofer - Hochschule Bremen/ Institut Geotechnik Bremen), Sprache: Deutsch, Abstract: Die Auslegung von Grundbauwerken für Offshore Windenergieanlagen stellt einen komplizierten
Fall der Bauwerks- Bodeninteraktion dar und ist damit eins der schwierigsten
Probleme des Bauingenieurwesens.
Bei der Gründung mit einem Monopile wird der Lastabtrag in den Baugrund durch eine
starke Interaktion zwischen Pfahl und Baugrund bestimmt. Bei komplexen Baugrundverhaltnissen
kann diese Interaktion entweder durch halbemprische Verfahren, oder mit
einem dreidimensionalen Finite Element Modell erfasst werden.
In der vorliegenden Arbeit wird die Interaktion zwischen Pfahl und Baugrund mit Hilfe
der p-y Methode nach American Petroleum Institute (API) modelliert. Dabei idealisieren
die p-y Kurven die Last-Verschiebungskurven, welche aus großmaßtäblichen Feldversuchen
bestimmt werden.
Mit der Anwendung einer geeigneten mathematischen Systemmodellierung in der objektorientierten
Modellierungssprache Modelica erfolgt die Simulation der Interaktion zwischen
Grundbau und Pfahl nach American Petroleum Institute (API). Auf dieser Grundlage
wird das Systemmodell mit der Simulationsumgebung Dymola erzeugt.
Im Weiteren wird ein dreidimensionales Finite-Elemente-Modell für die Beschreibung der
Interaktion zwischen Pfahl und Boden vorgestellt. Das mechanische Verhalten des Bodens
wird mit dem elasto-plastischen Stoffgesetz nach MOHR-COUMLOMB beschrieben und
die Berechnung des Modells erfolgt mit der Software ABAQUS.
Im Anschluss daran werden die Ergebnisse aus der Finite-Element-Analyse mit den Verschiebungswerten
des Modelicamodells nach API verglichen und es wird gezeigt, dass das
Modelicamodell als Basis für eine realitätsnahe Modellierung eingesetzt werden kann.