In this thesis study, the main objective is to investigate the effect of bending-twisting coupling in composite wind turbine blades on the load alleviation, power generation and structural performance of the wind turbine system. For this purpose, experimental and numerical study is initially conducted to determine the bend-twist coupling potentials of composite materials. Bending-twisting behavior of composite materials are determined through a comparative study via the Digital Image Correlation (DIC) system and the finite element analysis, and the outcome of the numerical and experimental study is utilized to form a basis on the selection of material and fiber angle configuration for wind turbine blade designs with the purpose of load alleviation in the whole wind turbine system. Experimental and numerical study of the bending twisting coupling behavior of composite materials is performed on composite plates and box beams which simulate the flange region in wind turbine blades in much smaller scale. In order to validate the results of the finite element analyses, orthotropic properties of E-Glass and Carbon materials are determined through following several international tensile test procedures via DIC system and strain gage application. Bend-twist coupling potentials determined by the DIC system and the finite element analyses are compared, and a reliable database for the effect of bend-twist coupling due to different materials and different fiber angle orientations is generated. Based on this study, material selection and off-axis fiber angle range to be utilized in the bend-twist coupled turbine blade designs are determined. Wind turbine models with designed bend-twist coupled blades are set up in a multi-body dynamic code with the aim of investigating and comparing the effect of bend-twist coupling on the load reduction in subcomponents of turbine system and on the power generation and structural performance of the wind turbine system. The effect of bend-twist coupling due to different composite materials and fiber angle orientations in turbine blades is examined under realistic working scenarios with six different turbulent wind profiles. In overall, results show that the bending twisting coupling effect in the wind turbine blades contribute to the reduction in loads at the critical points in the whole turbine system without significant disadvantages.

Bu tez çalışmasında, rüzgar türbin kanatlarındaki eğilme-burulma etkileşiminin rüzgar türbin sisteminde yük azaltımı, güç üretimi ve yapısal performansa olan etkisinin incelenmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, kompozit malzemelerdeki eğilme burulma etkileşimi potansiyellerinin Sayısal Görüntü Bağıntı (SGB) ve sonlu elemanlar modelleriyle karşılaştırmalı analizleri ile belirlenmesi ve elde edilen nümerik ve deneysel çalışmanın rüzgar türbin kanatlarında malzeme seçimi ve fiber açı konfigürasyonlarının bütün rüzgar türbin sisteminde yük azalımı sağlanması amacıyla güvenilir bir veri tabanı oluşturulması hedeflenmiştir. Nümerik ve deneysel çalışmalarda, kompozit malzemelerdeki eğilme burulma etkisi, rüzgar türbin kanatlarındaki flanş bölgesine benzerlik gösteren kompozit plaka ve kutu kirişler kullanılarak incelenmiştir. Sonlu elemanlar analizlerinde doğrulanmış sonuçlar elde etme amacıyla, cam-elyaf ve karbon-elyaf ortotropik malzeme özellikleri SGB sistemi ve gerinim ölçerlerin kullanılması ile uluslararası test prosedürleri takip edilerek saptanmıştır. SGB sistemi ve sonlu elemanlar modeli kullanılarak elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ve malzeme ve fiber açı konfigürasyonu seçiminin eğilme burulma etkileşimleri üzerindeki etkisini yansıtan bir veri tabanı yaratılmıştır. Bu çalışma neticesinde, tasarlanan eğilme burulma etkileşimli kanatlarda kullanılan malzeme ve fiber açı aralığı belirlenmiştir. Rüzgar türbin elemanlarında eğilme burulma etkileşimi etkisi nedeniyle meydana gelen yük azalımı, güç üretimi ve yapısal performansı incelemek için, tasarlanan eğilme burulma etkileşimli kanatlara sahip rüzgar türbin modelleri çok kütleli dinamik kodda yaratılmıştır. Farklı malzeme ve fibar açı seçimlerinden ötürü oluşan eğilme burulma etkileşimi, rüzgar türbininin gerçek çalışma koşullarında, 6 farklı türbülanslı rüzgar altında incelenmiştir. Bu çalışma sonucunda, eksendışı yerleştirilen katmanlar ile kanatlarda oluşturulan eğilme burulma etkileşiminin rüzgar türbininin kritik noktalarında yük azalımına kayda değer aleyhte durum oluşturmadan katkı yaptığı saptanmıştır.