Kinematic Optimisation of Preform Preshaping for Wrinkle Reduction in Wind Turbine Blade Manufacturing
Authors
Sørensen, Tobias Ebek ; Carl, Jap Tade ; Griesel, Moritz
Term
4. term
Education
Publication year
2026
Abstract
As wind turbine blades grow larger, there is an increasing need for more automated manufacturing. One key approach is the use of so‑called preforms: stacks of dry fabric held together by a binder (a glue-like support material) and shaped in advance before they are placed in the blade mould. When such a preform is draped over the complex transitions near the blade root, folds or wrinkles can form in the fabric, reducing the structural strength of the blade. As part of the MADE4WIND project, this thesis investigates how a multi‑objective optimisation framework, combined with a kinematic draping model (a geometric model of how the fabric lays over a surface), can be used to design a versatile preform preshape. The goal is to find a preshape that reduces the risk of wrinkling across several different blade mould geometries. First, a new material was characterised with respect to the properties that strongly influence wrinkling. Based on this, an optimisation framework was built around the kinematic draping model and was compared with a simple flat reference using both finite element simulations (numerical calculations) and experimental forming tests. The optimised, preshaped preform lowered the risk of wrinkling according to the relevant wrinkle metrics, demonstrating that the optimisation approach works in practice. The result was successfully validated, confirming the reduced wrinkle risk and showing that the material’s forming behaviour depends strongly on the direction of loading.
Større og større vindmøllevinger skaber behov for mere automatiseret produktion. En central løsning er såkaldt præformer: tørre stoflag, der holdes sammen med binder (et slags limende hjælpestof) og formes på forhånd, før de lægges ned i vingens form. Når en præform skal lægges hen over de komplekse overgangsområder ved vingeroden, kan der opstå folder (rynker) i materialet, som svækker vingens styrke. Som en del af MADE4WIND-projektet undersøger dette arbejde, hvordan man med en optimeringsmetode, der kan håndtere flere mål på én gang, sammen med en kinematisk draperingsmodel (en geometrisk model for, hvordan stoffet lægger sig), kan finde en alsidig forformning af præformen. Målet er at finde en form, der mindsker risikoen for rynker på tværs af forskellige vingestøbeforme. Først blev et nyt materialet karakteriseret for de egenskaber, der er vigtige for rynkedannelse. Derefter blev der opbygget en optimeringsramme omkring den kinematiske draperingsmodel og sammenlignet med en simpel, flad reference ved hjælp af både finitte element-beregninger (numeriske simuleringer) og praktiske formningsforsøg. Den optimerede, forformede præform reducerede rynkerisikoen i forhold til de relevante rynkemål og viste dermed, at optimeringsmetoden fungerer. Resultatet blev bekræftet i forsøgene, som samtidig afslørede, at materialets formningsadfærd afhænger stærkt af belastningsretningen.
[This abstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]