Modeling, Analysis, and Diagnostics of High Strength-to-Weight Wind Turbine Blades Using Tensegrity Principles

使用张拉整体原理对高强度重量比风力涡轮机叶片进行建模、分析和诊断

基本信息

项目摘要

Access to affordable, reliable, and sustainable energy across the globe is one of the 2030 targets of the United Nations. This requires a substantial increase in the share of renewable energy within the global energy mix. Wind is a prominent part of the solution if the world is to achieve such a target. To meet the 2030 target, the industry is moving to off-shore sites where larger wind-turbines can be deployed. As the rotors become larger, the blades become longer which poses some challenges. The industry has relied on improvements in blade structural design, manufacturing processes and material properties to meet the requirements for longer blades that remain light-weight, strong and stiff. Currently, material performance criteria identify fiber-reinforced polymer composites as the prime candidate for rotor blades. However, use of such material presents several challenges in design analysis, manufacturing, vibration control, structural health assessment, and transportation. In this effort, the investigators will develop new theoretical and computational tools for designing large turbine blades using tensegrity principles, which will significantly alleviate some of the above described engineering challenges. It is expected that the proposed design framework will be disruptive and lead to much more efficient design of next generation wind-turbine blades. The tensegrity-based design of wind-turbine blades has several advantages including accurate modeling, aero-elastic tailoring, optimal sensing for structural health monitoring, and ability to contract to a smaller form factor for easy deployability. The proposed research will alleviate some of the pressing technical and scientific challenges in the wind energy community, and provide a feasible path to address the proposed expansion from 5 GW in 2012 to 150 GW in 2030. The scientific problems that will be addressed in this research also present a new systems engineering perspective, which is missing in current engineering practices. The state-of-the-art in each component technology (physics/data based modeling, sensing, actuation, control, computation) is quite matured. However, a systems perspective is missing. Typically these systems are first built and modeled, sensing and actuation architecture (including precision) is decided in an adhoc manner, followed by the design of the estimation/control law that is constrained by this adhoc sensing and control architecture. In this effort, we pursue an integrated approach for design of the structure (mass properties, topology, dynamics), and the sensing architecture (for optimal health monitoring), which provides a new perspective with strong theoretical foundations.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
在全球范围内获得负担得起的、可靠的和可持续的能源是联合国 2030 年的目标之一。这需要大幅增加可再生能源在全球能源结构中的份额。如果世界要实现这一目标,风能就是解决方案的重要组成部分。为了实现 2030 年的目标,该行业正在转向可以部署更大风力涡轮机的离岸站点。随着转子变得更大,叶片变得更长,这带来了一些挑战。 该行业依靠叶片结构设计、制造工艺和材料性能的改进来满足对更长叶片的要求,同时保持轻质、坚固和刚性。目前,材料性能标准将纤维增强聚合物复合材料确定为转子叶片的主要候选材料。然而,这种材料的使用在设计分析、制造、振动控制、结构健康评估和运输方面提出了一些挑战。在这项工作中,研究人员将开发新的理论和计算工具,用于使用张拉整体原理设计大型涡轮叶片,这将显着缓解上述的一些工程挑战。预计所提出的设计框架将具有颠覆性,并导致下一代风力涡轮机叶片的设计更加高效。基于张拉整体的风力涡轮机叶片设计具有多种优势,包括精确建模、气动弹性剪裁、用于结构健康监测的最佳传感,以及收缩至更小外形以方便部署的能力。拟议的研究将缓解风能界一些紧迫的技术和科学挑战,并为解决拟议的从 2012 年 5 吉瓦到 2030 年 150 吉瓦的扩张提供可行的路径。 本研究将解决的科学问题还提出了当前工程实践中所缺少的新系统工程视角。每个组件技术(基于物理/数据的建模、传感、驱动、控制、计算)的最新技术都相当成熟。然而,缺乏系统视角。通常,首先构建和建模这些系统,以特别的方式决定传感和驱动架构(包括精度),然后设计受该特别的传感和控制架构约束的估计/控制律。在这项工作中,我们追求一种结构设计(质量特性、拓扑、动力学)和传感架构(用于最佳健康监测)的综合方法,这提供了具有坚实理论基础的新视角。该奖项反映了 NSF 的法定使命通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估,并被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Surrogate Modeling of Dynamics From Sparse Data Using Maximum Entropy Basis Functions
使用最大熵基函数从稀疏数据进行动力学代理建模
  • DOI:
    10.23919/acc45564.2020.9147384
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Deshpande, Vedang M.;Bhattacharya, Raktim
  • 通讯作者:
    Bhattacharya, Raktim
Sparse Sensing and Optimal Precision: Robust H∞ Optimal Observer Design with Model Uncertainty
稀疏传感和最佳精度:具有模型不确定性的鲁棒 H 最佳观测器设计
  • DOI:
    10.23919/acc50511.2021.9483378
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Deshpande, Vedang M.;Bhattacharya, Raktim
  • 通讯作者:
    Bhattacharya, Raktim
Robust Kalman Filtering With Probabilistic Uncertainty in System Parameters
具有系统参数概率不确定性的鲁棒卡尔曼滤波
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2020.3001490
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Sunsoo Kim;Vedang M. Deshp;e;e;R. Bhattacharya
  • 通讯作者:
    R. Bhattacharya
Data-driven Solution of Stochastic Differential Equations Using Maximum Entropy Basis Functions
使用最大熵基函数的随机微分方程的数据驱动解
  • DOI:
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Deshpande, Vedang;Bhattacharya, Raktim
  • 通讯作者:
    Bhattacharya, Raktim
Sparse Sensing Architectures with Optimal Precision for Tracking Multi-agent Systems in Sensing-denied Environments
具有最佳精度的稀疏传感架构,用于在传感拒绝环境中跟踪多代理系统
  • DOI:
    10.23919/acc50511.2021.9483377
  • 发表时间:
    2021-03-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Vedang M. Deshp;e;e;R. Bhattacharya
  • 通讯作者:
    R. Bhattacharya
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Raktim Bhattacharya其他文献

Implementation of Control Algorithms in an Environment of Dynamically Scheduled CPU Time Using Balanced Truncation
使用平衡截断在动态调度CPU时间环境中实现控制算法
  • DOI:
    10.2514/6.2002-4758
  • 发表时间:
    2002-08-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Raktim Bhattacharya;Gary J. Balas
  • 通讯作者:
    Gary J. Balas
Optimal State Estimation in the Presence of Non-Gaussian Uncertainty via Wasserstein Distance Minimization
通过 Wasserstein 距离最小化存在非高斯不确定性时的最优状态估计
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Himanshu Prabhat;Raktim Bhattacharya
  • 通讯作者:
    Raktim Bhattacharya
Quantifying Maximum Actuator Degradation for a Given H2/H∞ Performance with Full-State Feedback Control
通过全状态反馈控制量化给定 H2/H∞ 性能的最大执行器退化
  • DOI:
    10.48550/arxiv.2403.01333
  • 发表时间:
    2024-03-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hrishav Das;Eliot Nychka;Raktim Bhattacharya
  • 通讯作者:
    Raktim Bhattacharya
A Convex Optimization Framework for Computing Robustness Margins of Kalman Filters
计算卡尔曼滤波器鲁棒性裕度的凸优化框架
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Himanshu Prabhat;Raktim Bhattacharya
  • 通讯作者:
    Raktim Bhattacharya
Impact of geographical locations on essential oil composition and leaf histochemistry in Cinnamomum verum J. S. Presl
地理位置对肉桂精油成分和叶子组织化学的影响
  • DOI:
    10.1080/0972060x.2023.2256779
  • 发表时间:
    2023-11-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    S. Saha;Raktim Bhattacharya;Megha Chaudhary;Tridip Kumar Hazarika;A. Mitra
  • 通讯作者:
    A. Mitra

Raktim Bhattacharya的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Raktim Bhattacharya', 18)}}的其他基金

I-Corps: Multi-axis Deformable Sensor/Actuator System
I-Corps:多轴可变形传感器/执行器系统
  • 批准号:
    1744711
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
    Standard Grant
I-Corps: Multi-axis Deformable Sensor/Actuator System
I-Corps:多轴可变形传感器/执行器系统
  • 批准号:
    1744711
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CCF: SHF: EAGER:Collaborative:Asynchronous Algorithms for Exascale Computing Systems
CCF:SHF:EAGER:协作:百亿亿次计算系统的异步算法
  • 批准号:
    1349100
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CSR: Small: Uncertainty Management in Real-Time Embedded Control Systems
CSR:小:实时嵌入式控制系统中的不确定性管理
  • 批准号:
    1016299
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CSR---CPS: Design of Robust and Energy Efficient Cyber-Physical Systems Using Dynamical Systems and Control Theory
CSR---CPS:利用动力系统和控制理论设计鲁棒且节能的信息物理系统
  • 批准号:
    0720541
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

外泌体结合蛋白高通量电化学成像分析新方法及其乳腺癌诊断应用研究
  • 批准号:
    22374018
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
尿液N-糖全在线分析新方法及其在膀胱癌早期诊断标志物精准筛选中的研究
  • 批准号:
    82302648
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
氧化物纳米酶用于软骨缺损生物分析及快速诊断研究
  • 批准号:
    22374071
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于适配体识别的外泌体特征蛋白的量化分析及其用于肝癌早期诊断的研究
  • 批准号:
    22307137
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
电催化调控的金簇探针ECL分析技术用于阿尔茨海默症早期诊断研究
  • 批准号:
    22374021
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Accurate and Individualized Prediction of Excitation-Inhibition Imbalance in Alzheimer's Disease using Data-driven Neural Model
使用数据驱动的神经模型准确、个性化地预测阿尔茨海默病的兴奋抑制失衡
  • 批准号:
    10727356
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
IMAT-ITCR Collaboration: Combining FIBI and topological data analysis: Synergistic approaches for tumor structural microenvironment exploration
IMAT-ITCR 合作:结合 FIBI 和拓扑数据分析:肿瘤结构微环境探索的协同方法
  • 批准号:
    10884028
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
Does prenatal immune challenge result in increased extra-axial CSF volume?
产前免疫挑战是否会导致轴外脑脊液体积增加?
  • 批准号:
    10647969
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
A breakthrough mobile phone technology that aids in early detection of COPD
突破性手机技术有助于早期发现慢性阻塞性肺病
  • 批准号:
    10760409
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
Automated lung sound analysis to improve the clinical diagnosis of pulmonary tuberculosis in children
自动肺音分析提高儿童肺结核的临床诊断
  • 批准号:
    10717389
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 37.47万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了