تحلیل قابلیت اطمینان سازه های تکیه گاهی توربین بادی فراساحل تحت بارهای محیطی اقیانوس حداکثری
چکیده
تحلیل قابلیت اطمینان سازه تکیه گاهی توربین بادی فراساحل نوع جکت (OWT) تحت بارهای محیطی اقیانوس حداکثری انجام شد. تابع حالت حدی (LSF) سازه تکیه گاهی OWT با استفاده از پاسخ دینامیکی سازه در ماد لاین تعریف شده است. سپس پاسخ دینامیکی به صورت استاتیکی ضربدر فاکتور پاسخ اوج (PRF) بیان می شود. توزیع احتمالاتی از پاسخ تاریخچه زمانی تحت بار موج مشخصه بدست آمد. توزیع باند محدود بتا برای زاویه اصطکاک درونی خاک بستر استفاده شده است .بار موج به فرم نیروی فشاری از کد تجاری به نام bladed بدست آمده است و سپس به هاب تاور به عنوان موج تصادفی اعمال شد. در مثال عددی ، روش پاسخ سطح برای بیان سازه تکیه گاهی نوع جکت استفاده شد.شاخص قابلیت اطمینان با استفاده از روش قابلییت اطمیان مرتبه اول(FORM) بدست آمد.
1.معرفی
برای اطمینان یافتن ار ایمنی سازه تکیه گاهی توربین های بادی فراساحلی تحت شرایط ریسکی محیطی ، نیاز است تا احتمال خرابی و شکست با استفاده از تحلیل قابلیت اطمینان ارزیابی شود[ , ].اگر معادله حالت حدی در مساله قابلیت اطمینان بر اساس پاسخ استاتیکی فرمول بندی شده باشد ، ارزیابی احتمال شکست یا شاخص قابلیت اطمینان کاملا ساده و سرراست است.اما تحلیل قابلیت اطمینان سازه تکیه گاهی که پاسخش باید از تحلیل دینامیکی بدست آید از جهت زمان تحلیل آسان نخواهد بود.اساسا دینامیک سازه تکیه گاهی با موج های نامنطم ،باد های آشفته و خاک بستر غیر خطی مزدوج است . بدست آوردن یک مجموعه تحلیل های دینامیکی در تحلیل قابلیت اطمینان که متناسبا به مربع شمار متغیر های تصادفی تغییر می کند زمان زیادی خواهد برد. بنابراین، بسیاری از مطالعات قبلی الگوریتم هایی را برای کاهش تعداد زمان شبیه سازی در تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان پیشنهاد کرده اند. گاهی الگوریتم هایی با شمار کم از متغیرهای تصادفی پیشنهاد شده است. آستانه بالای اوج برای تحلیل قابلیت اطمینان رویکردی بیانی است[ ].تنها مقادیر اوجی که از یک آستانه تجاوز می کنند از پاسخ تاریخچه زمانی مبسوط شده اند.سپس توزیع مقدار حداکثری با استفاده از مقادیر اوجی تخمین زده شده است.رویکرد بلاک ماکسیما روش استفاده شده دیگر است[ ]. پاسخ تاریخچه زمانی دینامیکی بلندی به چند بلاک تقسیم شده است. سپس مقادیر حد اکثری از هر بلاک انتخاب شده اند تا توزیع مقدار را تخمین بزنند.اما تصادفی بودن متغیر های طراحی مانند ویژگی های خاک کف و پارامتر های سازه ای هنوز در نظر گرفته نشدند.اگر تصادفی بودن چنین متغیرهایی در نظر گرفته شدند ، توزیع مقدار حداکثری باید برای هر متغیر در هر تکرار محاسبه شود.در نتیجه زمان شبیه سازی نهایی به صورت هندسی افزایش می یابد. بنابراین، تغییرات فقط در باد و موج در آن مطالعات در نظر گرفته شده است. در این مطالعه یک رویکرد جدید به تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان OWT سازه تکیه گاهی تحت بار دینامیکی پیشنهاد شده است. پاسخ اوج دینامیکی با استفاده از پاسخ استاتیکی با در نظر گرفتن عامل تقویت دینامیکی محاسبه می شود. از آنجا که پاسخ استاتیک مورد استفاده قرار می گیرد در طول تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان، هزینه های محاسباتی مورد نیاز از استفاده از پاسخ دینامیکی بسیار کمتر است. سازه تکیه گاهی نوع Jacket برای 5 MW OWT برای مثال عددی این رویکرد استفاده شده است.
abstract
Reliability analysis of jacket type offshore wind turbine (OWT) support structure under extreme ocean environmental loads was performed. Limit state function (LSF) of OWT support structure is defined by using structural dynamic response at mud-line. Then, the dynamic response is expressed as the static response multiplied by peak response factor (PRF). Probabilistic distribution of PRF is found from response time history under design significant wave load. Band limited beta distribution is used for internal friction angle of ground soil. Wind load is obtained in the form of thrust force from commercial code called Bladed and then, applied to tower hub as random load. In numerical example, response surface method (RSM) is used to express LSF of jacket type support structure for 5 MW OWT. Reliability index is found using first order reliability method (FORM).
1. Introduction
To assure the safety of offshore wind turbine (OWT) support structures under risky environment, it is required to evaluate probability of failure using reliability analysis [1,2]. If a limit state equation in reliability problem is formulated based on static response, it is quite simple and straight forward to evaluate probability of failure or reliability index. However, reliability analysis of support structure, whose response should be obtained from dynamic analysis, is not that easy in terms of analysis time. Basically the dynamics of support structure is coupled with irregular wave, turbulent wind, and nonlinear ground soil. It takes a lot of time in obtaining a set of dynamic response of OWT with long pilefoundation. In addition, the number of dynamic analysis in a reliability analysis is proportional to the square of the number of random variables. Therefore, most of previous studies have proposed algorithms to reduce the number of simulation time in reliability analysis. Sometimes, algorithms with small number of random variables have been proposed. Peak-Over-Threshold (POT) is a representative approach to reliability analysis of OWT [3]. Only peak values exceeding a threshold are extracted from response time history. Then extreme value distribution is estimated by using the peak values. Block maxima approach is another widely used one [4]. A long dynamic response history is divided into lots of blocks. Then, maximum values are chosen from each block and used to estimate extreme value distribution. However, randomness of design variables such as ground soil properties and structural parameters were still not considered. If the randomness of such variables is considered, extreme value distribution should be calculated for the every single variable at every step of iteration. Then, total simulation time increases geometrically. Therefore, variations only in wind and wave are considered in those studies. In this study, a new approach to reliability analysis of OWT support structure under dynamic load is proposed. Dynamic peak response is estimated by using static response and a factor accounting dynamic amplification. Since the static response is used during reliability analysis, much less computational cost is required than using dynamic response. Jacket type support structure for 5 MW OWT is used for numerical example of the approach.
چکیده
1.معرفی
2. تحلیل قابلیت اطمینان سازه تکیه گاهی
2.1 تحلیل قابلیت اطمینان با استفاده از فاکتور پاسخ اوج
2.2 توزیع واکنش پاسخ اوج
2.3 بار موج طراحی
2.4 منحنی های p-y برای خاک بستر
2.5 روش سطح پاسخ
3. مثال عددی
3.1. گواهی سنجی با استفاده از مدل تک درجه آزادی
3.2. کاربرد و استفاده بر مدل توربین بادی 5 مگاواتی با مقیاس کامل
3.3 محدودیت
abstract
1. Introduction
2. Reliability analysis of support structures
2.1. Reliability analysis using peak response factor
2.2. Distribution of peak response
2.3. Design wave load
2.4. Pey curves for ground soils
2.5. Response surface method
3. Numerical example
3.1. Verification using SDOF model
3.2. Application to full scale 5 MW wind turbine model
3.3. Limitation
4. Conclusions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه