풍력터빈 지지구조물 L형 플랜지 볼트 접합부의 거동 특성에 관한 연구
Study on Behavior Characteristics of L-Type Flange Bolt Connection for Supporting Structures of Wind Turbines
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초록
본 논문에서는 풍력터빈과 하부구조물을 연결하는 L형 플랜지 볼트 접합부의 거동 특성에 대한 연구를 수행하였다. L형 플랜지 볼트 접합부는 링(Ring) 형태의 L형 단면 플랜지가 볼트에 의해 상하 체결되는 방식으로서 국내 풍력터빈에서 주로 적용되고 있는 연결방식이다. 특히 풍력타워 구조물은 이들 연결부의 손상이 전체 구조시스템의 붕괴로 이어질 수 있으므로 중요한 구조 요소 중 하나이다. 따라서 L형 플랜지 볼트 접합부에 대한 정확한 거동 특성의 이해가 필요하다. 본 연구에서는 FE 해석을 통하여 L형 플랜지에 작용하는 외력과 볼트장력의 관계, 그리고 L형 플랜지의 응력분포 변화를 외력 작용 단계별로 분석하였다. 여기서 FE 해석모델은 실제 링형태의 L형 플랜지를 단일볼트의 L형 플랜지로 이상화하였다. 또한 볼트장력과 작용외력의 관계를 이론적으로 제안한 Petersen,Schmidt와 Neuper 그리고 VDI 2230의 볼트-외력 곡선모델에서 언급되는 접합부의 거동 불연속점과 FE 해석결과를 비교함으로써 FE해석조건의 적절성을 검증하고, 각 볼트-외력 곡선모델의 특징과 L형 플랜지 볼트 접합부 거동 특성을 분석하였다. 그리고 L형 플랜지 단면 제원을 일부 변화시켜 볼트-외력 곡선의 변화를 분석하였다.
Abstract
In this study, we investigated the behavior characteristics of the L-type flange bolt connection, which is used to connect upper and lowerflanges having L-type ring sections, by bolts. This connection is mainly used in domestic wind turbine structures, wherein it is a vitalcomponent as any imperfection could cause the collapse of the entire structural system. Therefore, understanding the behaviorcharacteristics of the L-type flange bolt connection is imperative. In this study, the connection’s response to external force was simulatedusing finite element (FE) analysis and the FE model was idealized to behave as a single L-type bolt flange. The variation in the bolt tensionand the L-type flange stress were analyzed to understand the behavior characteristics of the connection. Moreover, the bolt-load functionmodels proposed by Petersen, Schmidt/Neuper and VDI 2230, theoretically expressing a relation between bolt tension and external force,were compared to evaluate the suitability of the FE analysis and analyze the significant behavior characteristics of the connection. Furthermore, the changes in the bolt-load curve due to the variations in the partial dimensions of the L-type flange bolt connection wereanalyzed.
참고문헌 (5)
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- Petersen, C., "Stahlbau– Grundlagen der Berechnung und baulichen Ausbildung von Stahlbauten" (1988), Vieweg-Verlag
- Schmidt, H., "Zum elastostatischen Tragverhalten exzentrisch gezogener L-Stöße mit vorgespannten Schrauben", Der Stahlbau, 66(3), pp.163~168 (1997)
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