Under a severe environment of multiple hazards such as earthquakes and winds, the life-cycle performance of engineering structures may inevitably be deteriorated due to the fatigue effect caused by long-term exposure to wind loads, which would further increase the structural vulnerability to earthquakes. This paper presents a framework for evaluating the lifetime structural seismic performance under the effect of wind-induced fatigue considering different sources of uncertainties. The seismic behavior of a high-rise steel-concrete composite frame with buckling-restrained braces (FBRB) during its service life is systematically investigated using the proposed approach. Recorded field data for the wind hazard of Fuzhou, Fujian Province of China from Jan. 1, 1980 to Mar. 31, 2019 is collected, based on which the distribution of wind velocity is constructed by the Gumbel model after comparisons. The OpenSees platform is employed to establish the numerical model of the FBRB and conduct subsequent numerical computations. Allowed for the uncertainties caused by the wind generation and structural modeling, the final annual fatigue damage takes the average of 50 groups of simulations. The lifetime structural performance assessments, including static pushover analyses, nonlinear dynamic time history analyses and fragility analyses, are conducted on the time-dependent finite element (FE) models which are modified in lines with the material deterioration models. The results indicate that the structural performance tends to degrade over time under the effect of fatigue, while the influencing degree of fatigue varies with the duration time of fatigue process and seismic intensity. The impact of wind-induced fatigue on structural responses and fragilities are explicitly quantified and discussed in details.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.4
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pp.97-104
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2018
A connected control method for the adjacent buildings has been studied to reduce dynamic responses. In these studies, seismic loads were generally used as an excitation. Recently, multi-hazards loads including earthquake and strong wind loads are employed to investigate control performance of various control systems. Accordingly, strong wind load as well as earthquake load was adopted to evaluate control performance of adaptive smart coupling control system against multi-hazard. To this end, an artificial seismic load in the region of strong seismicity and an artificial wind load in the region of strong winds were generated for control performance evaluation of the coupling control system. Artificial seismic and wind excitations were made by SIMQKE and Kaimal spectrum based on ASCE 7-10. As example buildings, two 20-story and 12-story adjacent buildings were used. An MR (magnetorheological) damper was used as an adaptive smart control device to connect adjacent two buildings. In oder to present nonlinear dynamic behavior of MR damper, Bouc-Wen model was employed in this study. After parametric studies on MR damper capacity, optimal command voltages for MR damper on each seismic and wind loads were investigated. Based on numerical analyses, it was shown that the adaptive smart coupling control system proposed in this study can provide very good control performance for Multi-hazards.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.3
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pp.177-186
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2019
Wind power tower has been used to augment the performance of VAWT (Vertical Axis Wind Turbine). However, inappropriately designed wind power tower could reduce the performance of VAWT. Hence, an optimization study was conducted on a wind power tower. Six design variables were selected, such as the outer radius and the inner radius of the guide wall, the adoption of the splitter, the inner radius of the splitter, the number of the guide wall and the circumferential angle. For the objective function, the periodic averaged torque obtained at the VAWT was selected. In the optimization, Design of Experiment (DOE), Genetic Algorithm (GA), and Artificial Neural Network (ANN) have been applied in order to avoid a localized optimized result. The ANN has been continuously improved after finishing the optimization process at each generation. The performance of the VAWT was improved more than twice when it operated within the optimized wind power tower compared to that obtained at a standalone.
The installed capacity of wind turbines in KOREA are growing and enlarging by the central government's support program. Thus, the importance of power performance verification and its uncertainty analysis are recognizing rapidly. This paper described the Power testing results of a 1.5MW wind turbine and analysed an uncertainty level of measurements. The measured power curves are very closely coincide with the calculated one and the annual power production under the given Rayleigh wind speed distribution are estimated with the $4.7{\sim}22.0%$ of uncertainty but, in the dominant wind speed region as $7{\sim}8m/s$, the uncertainty are stably decreased to $7{\sim}8%$.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.741-748
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2006
Seismic performance evaluation was conducted for four wind-designed concentrically braced steel highrise buildings in order to check the feasibility of designing steel highrise buildings per elastic seismic design criterion (or strength and stiffness solution) in the regions of strong wind and moderate seismicity. The pushover analysis results revealed that the wind-designed highrise buildings possess significantly increased elastic seismic capacity due to the overstrength resulting from the wind serviceability criterion. The strength demand-to-capacity study showed that, due to the wind-induced overstrength, highrise buildings with a slenderness ratio of larger than four or five can withstand elastically even the maximum considered earthquake at the performance level of immediate occupancy. Based on the analytical results of this study, practical elastic seismic design procedure for steel highrise buildings in the regions of moderate seismicity is proposed.
Kim, Sang-Hyun;Jeon, Jong-Ik;Kim, Byung-Jun;Lee, Jeung;Choi, Ji-Ho;Hwang, Ki-Min
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.26
no.6_spc
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pp.744-754
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2016
A large satellite communication terminal on the truck shall be designed ruggedly against a disturbance for holding a position which satisfies communication performance. Especially. A design considering a wind is essential for getting into a communication with a satellite in a strong-wind condition. This paper suggests a experimental method to analyze performance of a radio wave and the aiming accuracy by wind vibration. And it analyzes the improvement and vibrational effect on a random-excitation of a structure caused by nonlinear strong wind.
The effect of wake on the performance and load of a downstream wind turbine on a floating platform is investigated with a computer simulation in this study. The floating platform consists of a square platform having a dimension of $200m{\times}200m$ with four 2 MW wind turbines installed. For the simulation, only two wind turbines in series with the wind direction were considered and the floating platform was assumed to be stationary due to its large size. Also, a commercial program based on multi-body dynamics and eddy viscosity wake model was used. It was found from simulation that the power from the downstream wind turbine could be reduced by more than 50% of the power from the upstream wind turbine. However, due to the increase in the turbulence intensity, the power is greater but more fluctuating than the power produced by a wind turbine experiencing the same wind speed without wake. Also, it was found that the load of the down stream wind turbine be comes lower than the load of the upstream wind turbine but higher than the load of a wind turbine experiencing the same wind speed without wake.
Kim, Tae-Hyung;Lee, Seung-Min;Kim, Ho-Geon;Lee, Soo-Gab
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.11a
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pp.465-465
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2009
Wind power is one of the most reliable renewable energy sources and the installed wind turbine capacities are increasing radically every year. Although wind power has been favored by the public in general, the problem with the impact of wind turbine noise on people living in the vicinity of the turbines has been increased. Low noise wind turbine design is becoming more important as noise is spreading more adverse effect of wind turbine to public. This paper demonstrates the design of 10 kW class wind turbines, each of three blades, a rotor diameter 6.4m, a rated rotating speed 200 rpm and a rated wind speed 10 m/s. The optimized airfoil is dedicated for the 75% spanwise position because the dominant source of a wind turbine blade has been known as trailing edge noise from the outer 25% of the blade. Numerical computations are performed for incompressible flow and for Mach number at 0.145 and for Reynolds numbers at $1.02{\times}10^6$ with a lift performance, which is resistant to surface contamination and turbulence intensity. The objective in the low design process is to reduce noise emission, while sustaining high aerodynamic efficiency. Dominant broadband noise sources are predicted by semi-empirical formulas composed of the groundwork by Brooks et al. and Lowson associated with typical wind turbine operation conditions. During the airfoil redesign process, the aerodynamic performance is analyzed to minimize the wind turbine power loss. The results obtained from the design process show that the design method is capable of designing airfoils with reduced noise using a commercial 10 kW class wind turbine blade airfoil as a basis. The new optimized airfoil clearly indicates reduction of total SPL about 3 dB and higher aerodynamic performance.
Numerical analysis of wind turbine scale effect was performed by using commercial CFD code, Fluent. For the numerical analysis of wind turbine, the three dimensional Navier-Stokes solver with various turbulence models was tested. As a turbulence mode, the realizable k-e turbulence model was selected for the simulation of wind turbines. To validate the present method, performance of NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase VI wind turbine model was analyzed and compared with its wind tunnel test and blind test data. Using the present method, numerical simulations for various size of wind tunnel models were carried out and characteristics were analyzed in detail. For wind tunnel test model, the size of nacelle may not be scaled down precisely because of available motor. The effect of nacelle size was also computed and analyzed though CFD simulation. The present results showed the good correlations in pre-stall region but much to be improved in post-stall region. In 2006 and 2007, the performance and the scale effect of standard wind turbine model will be tested in KARI(Korea Aerospace Research Institute) LSWT(Low Speed Wind Tunnel) and the present results will be validated with the wind tunnel data.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.12
no.3
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pp.9-16
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2016
This study had the purpose on feasibility judgment through performance forecast of wind power generation system using the cross flow vertical type wind power turbine for the situation of domestic small size wind power technology development. Wind power generation system uses the principle of venturi tube that gathers the wind through the first guide vane, and second guide vein changes the angle of the wind simultaneously by playing the role of venturi tube. After this, wind got out from the second guide vane spins the wind power turbine and has the meaning of judging on the aspect of numerical interpretation the feasibility for the small size wind power generation through wind power generation system that comes out from the back.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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