This study presents a dynamic response analysis of operational and parked wind turbines in order to gain better understanding of the roles of wind loads on turbine blades and tower in the generation of turbine response. The results show that the wind load on the tower has a negligible effect on the blade responses of both operational and parked turbines. Its effect on the tower response is also negligible for operational turbine, but is significant for parked turbine. The tower extreme responses due to the wind loads on blades and tower of parked turbine can be estimated separately and then combined for the estimation of total tower extreme response. In current wind turbine design practice, the tower extreme response due to the wind loads on blades is often represented as a static response under an equivalent static load in terms of a concentrated force and a moment at the tower top. This study presents an improved equivalent static load model with additional distributed inertial force on tower, and introduces the square-root-of-sum-square combination rule, which is shown to provide a better prediction of tower extreme response.
Cristoforo Demartino;Zhen Sun;Giulia Matteoni;Christos T. Georgakis
Wind and Structures
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v.37
no.1
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pp.57-78
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2023
In this study, a generalized three-degree-of-freedom (3-DoF) analytical model is formulated to predict linear aerodynamic instabilities of a prism under quasi-steady (QS) conditions. The prism is assumed to possess a generic cross-section exposed to turbulent wind flow. The 3-DoFs encompass two orthogonal horizontal directions and rotation about the prism body axis. Inertial coupling is considered to account for the non-coincidence of the mass center and the rotation center. The aerodynamic force coefficients-drag, lift, and moment-depend on the Reynolds number based on relative flow velocity, angle of attack, and the angle between the wind and the cable. Aerodynamic forces are linearized with respect to the static equilibrium configuration and mean wind velocity. Routh-Hurwitz and Liénard and Chipart criteria are used in the eigenvalue problem, yielding an analytical solution for instabilities in galloping and static divergence types. Additionally, the minimum structural damping and stiffness required to prevent these instabilities are numerically determined. The proposed 3-DoF instability model is subsequently applied to a conductor with ice accretion and a full-scale dry inclined cable. In comparison to existing models, the developed model demonstrates superior prediction accuracy for unstable regions compared with results in wind tunnel tests.
Kim, Dong Kwan;Kim, Ho Soo;Min, Ji Hee;Park, Jin Young
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.4
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pp.165-170
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2024
This study investigated the impact of soil-structure interaction on multi-degree-of-freedom structures using the shallow-foundation Winkler model, known as the BNWF model. The model's period was determined through eigenvalue analysis and compared to results obtained from FEMA's formula. Results indicated that considering the soil, the structure's period increased by up to 8.7% compared to the fixed-base model, aligning with FEMA's calculations. Furthermore, with adequate ground acceleration, roof displacement increased by 3.4% to 3.8%, while base shear decreased by 4% to 10%. However, roof displacement and base shear increased in some earthquake scenarios due to spectral shape effects in regions with extended structural periods. Foundation damping effects, determined through the foundation's moment-rotation history, grew with higher ground acceleration. This suggests that accounting for period elongation and foundation damping can enhance the seismic design of multi-degree-of-freedom structures.
In this study, the effects of cross beams on the lateral distribution of live loads in composite rolled H-beam girder bridges, were investigated through three-dimensional finite element analysis. The parameters considered in this study were the inertial moment ratio between the main girder and the cross beam, the presence of the cross beam, and the number of cross beams. The live load lateral distribution factors were investigated through finite element analysis and the customary grid method. The results show that there was no difference between the bridge models with and without a cross beam. The cross beam of the beam and frame types also showed almost the same live load lateral distribution factors. However, the finite element analysis showed that the concrete slab deck plays a major role in the lateral distribution of a live load, and consequently, the effect of the cross beam is not so insignificant that it can be neglected.
A review has been made on what kind of method can be applied to predict the dynamic derivatives of the separated PLF(Payload Fairing) halves of a launch vehicle in consideration of technology and budget. An optimal approach is selected considering the geometric characteristics of the PLF halves, the aerodynamic conditions and the required accuracy. The time history of aerodynamic force/moment coefficients are obtained for the forced harmonic motions by solving the unsteady Euler equations derived with respect to the inertial reference frame. and the dynamic derivatives are deduced by integration of the aerodynamic coefficients for one period. In this research, the dynamic derivatives are presented for 0.6$\leq$ M $\leq$2.0, $-180^{\circ}$$\leq$$\alpha$$\leq$$180^{\circ}$ and $-90 ^{\circ}$$\leq$$\beta$$\leq$$90 ^{\circ}$.
Park Woon Yong;Lee Kang Won;Lee Jae One;Jeong Gong Uhn
Journal of the Korean Society of Surveying, Geodesy, Photogrammetry and Cartography
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v.22
no.3
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pp.285-291
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2004
GPS photogrammetry or the GPS/INS photogrammetry, which are based on the direct measurement of the projection centers and attitude at the moment of camera exposure time through loading the GPS receiver or INS in aircraft. Both photogrammetric methods can offer us to acquire the exterior orientation parameters with only minimum ground control points, even the ground control process could be completely skipped. Consequently, we can drastically reduce the time and cost for the mapping process. In this thesis, test flight was conducted in Suwon area to evaluate the performance of accuracy and efficiency through the analysis of results among the three photogrammetric methods, that is, traditional photogrammetry, GPS photogrammetry and GPS/INS photogrammetry. Test results shows that a large variety of advantages of GPS photogrammetry and GPS/INS photogrammetry against traditional photogrammetry is to be verified. Especially, the number of ground control points for the exterior orientation could be saved more than 70~80%, respectively.
The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.
This study investigates the flow characteristics, such as velocity distributions, size and location of recirculation zone, longitudinal flow change rates, and bifurcation discharge ratio in the bifurcation channel by TELEMAC-2D, a 2D numerical model. The numerical model is validated by previous experimental results and the numerical results are in relatively good agreement with the experimental results, such as the water surface elevation and velocity distribution in the channels. As the inertial force and moment in the main channel decrease, the bifurcation discharge ratio increases, and the relative high velocity distribution becomes wider and the reverse velocity of the main stream decreases in the branch channel. As the bifurcation discharge ratio increases, the size of the recirculation zone in the branch channel decreases and it can be more clearly calculated by determining the point where the longitudinal froude number $Fr{\approx}0$ as well as drawing the distribution of the streamline distribution.
This study describes the effect of ground water table on the dynamic analysis of single piles subjected to earthquake loading. The dynamic numerical analysis was performed for different dry and saturated soils with varying the relative densities of surrounding weathered soils (SM). The test soil was a weathered soil encountered in the engineering field and bender element tests were conducted to estimate the dynamic properties of test soil. The Mohr-Coulomb model and Finn model were used for soil, dry and saturated conditions, respectively. These models validated with results of centrifuge tests. When compared with the results from the soil conditions, saturated cases showed more lateral displacement and bending moment of piles than dry cases, and this difference caused from the generation of excess porewater pressure. It means that the kinematic effect of the soil decreased as the excess pore water pressure was generated, and it was changed to the inertial behavior of the pile.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.20
no.5
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pp.498-509
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2008
Reliability analyses of Level I, II and III for bearing capacity, overturning and sliding of quaywall are carried out to investigate their safety levels depending upon its failure modes, and sensitivity analyses of each design variable are performed to find their effects on safety levels of quaywall. Reliability indices was 1.416 for both level II and III for case study I, and with 2.201 and 1.880, respectively, for the case study II at the critical loading conditions. Thus we were able to know that Level II (FORM) approach is good enough to use in practical design. Generally, it was found that probabilities of failure of quaywall were higher for sliding and bearing capacity failure modes and lower for overturning failure mode. From sensitivity analyses, the most influential design variables to reliability index of quaywall were coefficient of friction, residual water pressure and resistance moment for the sliding, overturning and bearing capacity failure modes, respectively. Especially, the sensitivity of reliability index due to inertial force and dynamic water pressures, which include a large COV when earthquake occurs, did not change greatly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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