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dc.creatorFarias, Tiago Felipe Gaiguer-
dc.date.accessioned2026-01-22T18:01:41Z-
dc.date.available2026-01-22T18:01:41Z-
dc.date.issued2025-12-11-
dc.identifier.citationFARIAS, Tiago Felipe Gaiguer. Hawt composite smart blade aeroelastic optimization. 2026. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/39229-
dc.description.abstractThe global demand for sustainable energy solutions has driven continuous research into improving the efficiency of wind turbines, especially for decentralized and urban applications. One promising avenue is the integration of passive aerodynamic adaptability through aeroelastic tailoring, employing laminated composite materials, such that the structural response of the blade assists in optimizing its aerodynamic performance. This study investigates the influence of bend-twist coupling on the power output of horizontal-axis wind turbines (HAWTs). Unidirectional plies are used to create a composite laminate whose bending and torsional deformations are intrinsically coupled. When subjected to aerodynamic loads during operation, the blade undergoes elastic deformations that passively adapt its geometry to the flow, enhancing performance without active control mechanisms. A blade is designed using Blade Element Momentum Theory (BEMT), and its aeroelastic behavior is analyzed through reciprocal fluid–structure interaction. To reduce computational cost during the optimization process, radial basis function metamodeling is applied to approximate simulation responses and feed a genetic optimization algorithm. The optimization seeks to maximize extracted power based on the lamination sequence on both the upper and lower faces of the blade. Final results indicate over 8% increase in extracted power for the bend-twist coupled blade compared to a blade built from isotropic material, as confirmed by one more simulation with the full numerical model. These results highlight the potential of composite materials in coupling bend-twist as a passive mechanism to improve wind turbine efficiency, particularly for small-scale or urban installations.pt_BR
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Tecnológica Federal do Paranápt_BR
dc.rightsopenAccesspt_BR
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/pt_BR
dc.subjectTurbinas eólicaspt_BR
dc.subjectAerodinâmicapt_BR
dc.subjectAeroelasticidadept_BR
dc.subjectMateriais compostospt_BR
dc.subjectEnergia eólicapt_BR
dc.subjectOtimização estruturalpt_BR
dc.subjectInteração fluido-estruturapt_BR
dc.subjectWind turbinespt_BR
dc.subjectAerodynamicspt_BR
dc.subjectAeroelasticitypt_BR
dc.subjectComposite materialspt_BR
dc.subjectWind powerpt_BR
dc.subjectStructural optimizationpt_BR
dc.subjectFluid-structure interactionpt_BR
dc.titleHawt composite smart blade aeroelastic optimizationpt_BR
dc.title.alternativeOtimização aeroelástica de pá compósita inteligente para HAWTspt_BR
dc.typemasterThesispt_BR
dc.description.resumoA crescente demanda por soluções energéticas sustentáveis tem impulsionado pesquisas voltadas à melhoria da eficiência de turbinas eólicas, especialmente em aplicações urbanas e descentralizadas. Uma abordagem promissora é a adaptação aerodinâmica passiva por meio do acoplamento aeroelástico empregando materiais compósitos laminados, de forma que a resposta estrutural da pá contribui para otimizar seu desempenho aerodinâmico. Este trabalho investiga a influência do acoplamento entre flexão e torção (bend-twist) sobre o desempenho de potência de turbinas eólicas de eixo horizontal (HAWTs). Utilizando lâminas unidirecionais em matriz epóxi, é obtido um laminado cujas deformações de flexão e torção são intrinsecamente acopladas. Sob carregamentos aerodinâmicos, a pá deforma-se elasticamente, adaptando-se ao escoamento de forma passiva e favorecendo o desempenho da turbina sem necessidade de controle ativo. Uma pá é projetada com base na Teoria do Momento de Elemento de Pá (Blade Element Momentum Theory – BEM), e sua resposta aeroelástica é analisada via interação fluido–estrutura. Para reduzir o custo computacional durante o processo de otimização, aplica-se metamodelagem por funções de base radial para aproximar as respostas de simulação e guiar um algoritmo genético de otimização. O objetivo é maximizar a potência extraída em função da sequência de laminação nas faces superior e inferior da pá. Os resultados finais apontam para um aumento superior a 8% na potência extraída pela pá com acoplamento flexão-torção em comparação a uma pá de material isotrópico, validado no modelo completo via nova simulação. Os resultados evidenciam o potencial do acoplamento em materiais compósitos como mecanismo passivo para melhoria da eficiência de turbinas eólicas, especialmente em instalações de pequeno porte ou ambientes urbanos.pt_BR
dc.degree.localCuritibapt_BR
dc.publisher.localCuritibapt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0009-0009-4089-5420pt_BR
dc.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/5452337588132521pt_BR
dc.contributor.advisor1Luersen, Marco Antônio-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3769-8815pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/4815765372448868pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Silva, Cláudio Tavares da-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-9127-6229pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://lattes.cnpq.br/5446588401443181pt_BR
dc.contributor.referee1Javarez Junior, Laercio-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-9862-430Xpt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttps://lattes.cnpq.br/3954022446579684pt_BR
dc.contributor.referee2Luersen, Marco Antônio-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0002-3769-8815pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttps://lattes.cnpq.br/4815765372448868pt_BR
dc.contributor.referee3Silva, Roberto Gil Annes da-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0003-0995-9915pt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/7418081905753646pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiaispt_BR
dc.publisher.initialsUTFPRpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::MECANICA DOS SOLIDOSpt_BR
dc.subject.capesEngenharia Mecânicapt_BR
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