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

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.