In many industries, digitalization is expected to have a significant economic potential. The digitalization of wind turbine rotor blades including their materials could contribute to accelerate the development of novel and tailored materials, to improve the blades’ reliability, and to make wind energy more cost efficient. However, the digitalization of the blades through their entire life cycle is challenging e.g. due to the dependence of the material properties on the manufacturing process parameters, the complex structural health monitoring and the challenging modelling of blade response under complex loading. In the presented work based on the results of the ReliaBlade project, a theoretical approach is attempted towards describing the blade in-situ structural performance, based on the material properties, the blade manufacturing processes and loading history. In the first phase of the ReliaBlade project, an experimental blade for full-scale testing with three pre-defined internal damage modes is designed. Based on these damage modes the digitalization approach towards increasing the blade structural reliability is exemplarily shown.

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Rotorblätter von Windenergieanlagen werden aufgrund des guten Verhältnisses von Steifigkeit und Gewicht zu großen Teilen aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt. Dabei kommen hauptsächlich Glasfasern (GF) als verstärkendes Material sowie duroplastische Harze als Matrix zur Anwendung.Um die wachsenden Herausforderungen des Offshore‐Einsatzes von Windenergieanlagen, insbesondere die steigende Rotorblattgröße, technisch und wirtschaftlich erfolgreich bewältigen zu können, wird die Verkürzung der Fertigungszeit sowie der zunehmende Qualitätsanspruch an die Rotorblätter eine immer stärkere Rolle einnehmen.Um diese Ansprüche erfüllen zu können, beschäftigen sich das Bremer Institut für Konstruktionstechnik und das Unternehmen Abeking & Rasmussen Rotec GmbH & Co KG unter anderem mit der Handhabung und Erstellung von sogenannten Preforms, dies sind trockene, textile Halbzeuglagen, die als vorgeformter Lagenstapel in den Fertigungsprozess des Rotorblattes eingebracht werden. Mit Hilfe der Technologie des Preformings ist es möglich, Bereiche der Fertigung zu parallelisieren. Dies ist ein großer Vorteil bei der Produktion, da aufgrund der notwendigen Temperzeiten, alle anderen Fertigungsschritte möglichst zeitoptimiert gestaltet werden müssen, um kurze Zykluszeiten zu realisieren.Betrachtet werden soll die Handhabung von textilen Halbzeugen, insbesondere das preforming und dessen Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Faserverbundfertigung. Ebenfalls sollen die Aspekte der Qualitätssicherung in Verbindung mit dem preforming aufgezeigt werden und mögliche Ansätze zu einer Teilautomatisierung gegeben werden.

Load carrying components of modern wind turbine blades are manufactured from composites, consisting of non-crimp fabrics infused with polymer resins. The effective stiffness of the resulting laminate is a combination of the properties of its building blocks i.e. fibers, and matrix as well as from the fabric texture imperfections e.g. fiber undulations. Moreover, ply inherent boundary conditions, e.g. the restriction of the Poisson deformation of the matrix imposed from the adjacent fibers, are determining the in-situ orthotropic performance. Towards modelling the in-plane stiffness of a unidirectional (UD) infused non-crimp fabric, a two-step modular procedure is proposed, accounting for the aforementioned parameters, based only on experimental data and analytical formulations. Initially, a micromechanical model is predicting the stiffness of the ideal UD ply i.e. disregarding fiber undulations. Subsequently, a plate model is generated based on the classical lamination theory, approximating the UD laminate as a multiaxial configuration of ideal UD sub-plies. Each sub-ply thickness and orientation is based on the fiber angle density distribution of dry fabrics and cured laminates. These are derived experimentally with an integrated optical camera system and Computer Tomography scans respectively. The theoretical laminate stiffness is correlating very well with standard and thick UD laminate quasi-static tests.

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