A novel probabilistic approach is presented for estimating the equivalent static wind loads that produce a static response of the structure, which is "equivalent" in a probabilistic sense, to the extreme dynamic responses due to the unsteady pressure random field induced by the wind. This approach has especially been developed for complex structures (such as stadium roofs) for which the unsteady pressure field is measured in a boundary layer wind tunnel with a turbulent incident flow. The proposed method deals with the non-Gaussian nature of the unsteady pressure random field and presents a model that yields a good representation of both the quasi-static part and the dynamical part of the structural responses. The proposed approach is experimentally validated with a relatively simple application and is then applied to a stadium roof structure for which experimental measurements of unsteady pressures have been performed in boundary layer wind tunnel.
Kim, Hyun-Goo;Kim, Boyoung;Kang, Yong-Heack;Ha, Young-Cheol
New & Renewable Energy
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v.17
no.4
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pp.1-8
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2021
To determine the wind turbine class in the offshore of the Korean Peninsula, the reference wind speed for a 50-y return period at the hub height of a wind turbine was estimated using the reanalysis data sets. The most recent reanalysis data, ERA5, showed the highest correlation coefficient (R) of 0.82 with the wind speed measured by the Southwest offshore meteorological tower. However, most of the reanaysis data sets except CFSR underestimated the annual maximum wind speed. The gust factor of converting the 1 h-average into the 10 min-average wind speed was 1.03, which is the same as the WMO reference, using several meteorological towers and lidar measurements. Because the period, frequency, and path of typhoons invading the Korean Peninsula has been changing owing to the climate effect, significant differences occurred in the estimation of the extreme wind speed. Depending on the past data period and length, the extreme wind speed differed by more than 30% and the extreme wind speed decreased as the data period became longer. Finally, a reference wind speed map around the Korean Peninsula was drawn using the data of the last 10 years at the general hub-height of 100 m above the sea level.
In recent years, many countries have been endeavoring to exploit the offshore wind energy in terms of overcoming the limitations of on-land wind energy. Considering that mountains cover 70 percent of the Korean Peninsula and arable plains for wind energy are negligibly small, Korean government aggressively drives the offshore wind development of the Korean Peninsula. As part of preliminary investigation of offshore wind resources, KEPCO-RI (Korea Electric Power Corporation-Research Institute) has been analyzing marine buoy datasets measured at 5 positions over the period of 12 years, including estimation of extreme wind speed. It can be observed that variation of yearly wind speed, monthly wind speed as well as frequency distribution of wind direction. Wind classes of buoy sites are estimated by extrapolated average wind speed using log law. In addition, wind turbine class based on IEC code is assessed for evaluation of suitable wind turbine.
Improvements to the Gumbel method of extreme value analysis of wind data made over the last two decades are reviewed and illustrated using sample data for Jersey. A new procedure for extending the Gumbel method to include M-th highest annual extremes is shown to be less effective than the standard method, but leads to a method for calibrating peak-over-threshold methods against the standard Gumbel approach. Peak-over-threshold methods that include at least the 3rd highest annual extremes, specifically the modified Jensen and Franck method and the "Method of independent storms" are shown to give the best estimates of extremes from observations.
The reliability of antenna tower designed for a n-year design wind speed is determined by considering the variability of the strength of the component members and of the mean wind speed. For obtaining the n-year design wind speed, maximum annual wind speed is assumed to follow Gumbel Type-1 distribution. Following this distribution of the wind speed, the mean and standard deviation of stresses in each component member are worked out. The variability of the strength of members is defined by means of the nominal strength and a coefficient of variation. The probability of failure of the critical members of tower is determined by the first order second moment method (FOSM) of reliability analysis. Using the above method, the reliability against allowable stress failure of the critical members as well as the system reliabilities for a 75 m tall antenna tower, designed for n-year design wind speed, are presented.
Kim, Dae-Young;Kim, Ji-Young;Kim, Han-Young;Lee, Myung-Ho;Kim, Sang-Dae
한국공간정보시스템학회:학술대회논문집
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2004.05a
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pp.245-251
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2004
This paper discuss the conditionally sampled actual wind pressure distributions causing peak quasi-static wind loads in the large span roofs using the wind pressures at many locations on dome models measured simultaneously in a wind tunnel. The actual extreme pressure distributions are compared itk load-response-correlation (LRC) method and the quasi-steady pressure distributions. Based on the results, the reason for the discrepancy in the LRC pressure distribution and the actual extreme pressure distribution are discussed. Futhermore, a brief discussion is made of the equivalent static wind load estimation for the large span roofs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.33
no.5
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pp.326-333
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2009
Design life-time of a wind turbine is required to be at least 20 years. In the meantime, the wind turbine will experience a lot of load cases such as extreme loads and fatigue loads which will include several typhoons per year and extreme gusts with 50 years recurrence period as well as endless turbulence flow. Therefore, IEC61400-1 specifies design load cases to be considered in the wind turbine design and requires the wind turbine to withstand the load cases in various operational situations. This paper investigates the ultimate loads which the wind turbine will experience for 20 years and their characteristics based on the IEC61400-1 using an aero-elastic software, GH-Bladed. And the performance characteristics of a wind turbine such as electrical power generation and annual energy yield are also investigated.
Design lifttime of a wind turbine is required to be at least 20 years. In the meantime, the wind turbine will experience a lot of load cases such as extreme loads and fatigue loads which will include several typhoons per year and extreme gusts with 50 years recurrence period as well as endless turbulence flow. Therefore, IEC61400-1 specifies design load cases to be considered in the wind turbine design and requires the wind turbine to withstand the load cases in various operational situations. This paper investigates the ultimate loads which the wind turbine will experience for 20 years and their characteristics based on the IEC61400-1 using an aero-elastic software, GH-Blade. And the performance characteristics of a wind turbine such as electrical power generation and annual energy yield are also investigated.
Analyzing the typhoon wind hazards is crucial to determine the extreme wind load on engineering structures in the typhoon prone region. In essence, the typhoon hazard analysis is a high-dimensional problem with randomness arising from the typhoon genesis, environmental variables and the boundary layer wind field. This study suggests a dimension reduction approach by decoupling the original typhoon hazard analysis into two stages. At the first stage, the randomness of the typhoon genesis and environmental variables are propagated through the typhoon track model and intensity model into the randomness of the key typhoon parameters. At the second stage, the probability distribution information of the key typhoon parameters, combined with the randomness of the boundary layer wind field, could be used to estimate the extreme wind hazard. The Chinese southeast coastline is taken as an example to demonstrate the adequacy and efficiency of the suggested decoupling approach.
The EARPG(1)/UPS was first developed by Seong (1993) and has been tested for wind pressure time series simulations (Seong and Peterka 1993, 1997, 1998) to prove its excellent performance for generating non-Gaussian time series, in particular, with large amplitude sharp peaks. This paper presents a parametric study focused on simulation of extreme value statistics based on the synthetic realizations of the EARPG(1)/UPS. The method is shown to have a great capability to simulate a wide range of non-Gaussian statistic values and extreme value statistics with exact target sample power spectrum. The variation of skewed long tail in PDF and extreme value distribution are illustrated as function of relevant parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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