In this study, a new shape of wind turbine with horizontal axis has been proposed. The proposed wind turbine has two pairs of 3 tiltable blades which minimizes air resistance during the reverse rotational direction. Under a given wind speed, 3D numerical simulations on tiltable blades were performed for various TSRs(tip-speed-ratios). Four cases of rotational position was considered to analyze the torque and wind power generated on the blade surfaces. The results show that the maximum wind power occurs at the TSR of 0.2. Due to the blade tilting, the wind passes through the blade without air resistance at the reverse rotational direction. The torque is mainly caused by pressure differences between the front and rear surface of the blade, and it becomes maximum when the blade is located at the azimuth angle of 330°.
The structure supporting road sign is a road information facility for ensuring the safe transportation and smooth traffic. But, lots of road information facilities were damaged by the typhoon "Maemi" in 2003. Such damaged facilities should be rehabilitated and could increase economic loss by causing traffic accident. Therefore, in this study, behavior that reduce wind load and improve wind resistance of the structure supporting road sign are studied about wind load beyond design specification by abnormal climate as below. The first is wind load reducing technique such that shear key resist wind load that is not greater than design wind speed but in case that it is over the design wind limit, column member is rotated on the inner steel pipe axis by the brittle failure of shear key. The second is the technique such that fail-safe the overturning of road sign panel by equipment installation in the vertical member. The third is the technique of installing stiffening plate inside the vertical member to relieve stress concentration.
본 연구는 해상풍력발전기 기초 설계에 사용되는 IEC 61400-3, DNV-OS-J101, GL Wind, EUROCODE, AASHTO 및 국내 설계기준의 설계방법 및 안전율의 정도를 비교, 분석함으로써, 국내에서 해상풍력발전기 기초 설계시 필요한 제반사항을 제공하고자 한다. 해상풍력발전기 기초 설계에 관한 국내외 설계기준을 분석한 결과 설계법은 크게 설계접근법, 하중저항 설계법, 허용응력설계법을 적용하고 있으며, 각 설계법에 따른 안전율 정도를 분석한 결과 하중저항계수 설계법과 설계접근법은 거의 유사한 수준의 안전율을 확보하고 있는 반면, 허용응력설계법에서는 다소 보수적인 안전율을 적용하고 있어 해상풍력발전기 기초의 경제적 설계를 위한 국내 설계기준 개발이 필요할 것으로 판단된다.
The current research on the wind resistance of standing seam metal roofs primarily focuses on the failure modes of the entire roof panel and the contact areas between the seams and supports, with little consideration given to the synergy between the roof seam reinforcements, the web, and the supports. As a result, the failure mechanisms of roof systems cannot be accurately represented. This paper, based on wind uplift tests and ABAQUS simulation modeling, provides a detailed analysis of the wind resistance and failure mechanisms of reinforced standing seam metal roof systems. The study reveals that the deformation and failure of the roof system under wind load can be divided into three stages: elastic deformation, plastic deformation, and failure. In the elastic deformation stage, the areas with higher stress are mainly distributed in the mid-span of the roof panels and along the ribs, where the roof stress remains below the material's yield strength, and the displacement at the roof panel seams is minimal. During the plastic deformation stage, as the load increases, significant vertical deformations appear in the roof panels, the lateral displacement at the seams gradually increases, and the stress growth is pronounced. Without reinforcement, the roof panel withstands a maximum wind pressure of 3.2 kPa, with a central vertical displacement of 109 mm, while the ultimate lateral displacement at the seams reaches 2.3 mm, resulting in unseating failure, marking the structural failure. With reinforcement, the roof panel can withstand a maximum wind pressure of 4.3 kPa, corresponding to a central vertical displacement of 122 mm. The growth of lateral displacement at the seams slows down, and the reinforcement significantly suppresses seam displacement. As the load continues to increase, the reinforcements and the web work synergistically, exhibiting reciprocating counterclockwise and clockwise rotations, with the maximum lateral displacement at the seams increasing to 3.05 mm. Ultimately, unseating occurs at the roof panel seams or tearing at the web. Therefore, the reinforcement system significantly enhances the wind resistance of the roof system, providing theoretical guidance for wind-resistant design in roofing engineering.
A hanging-type sand-retaining wall is a very common sand-blocking fence structure used to prevent sand movement. This type of wall is widely used along the Qinghai-Tibet and Gobi desert railways in Xinjiang, Western China. To analyze the characteristics of wind-sand flow fields under the effect of such a sand fence structure, a wind tunnel test and a field test were carried out. The wind tunnel test showed the zoning characteristics of the flow fields under the effect of the hanging-type sand-retaining wall, and the field test provided the sediment transport data for effective wind-proof interval and the sand resistance data in the front and behind the sand-retaining wall. The consistency of the wind-sand flow fields with the spatial distribution characteristic of wind-carried sand motion was verified by the correspondences of the acceleration zone in the flow field and the negative elevation points of the percentage variations of the sand collection rate. The spatial distribution characteristic of the field sand collection data further showed the spatial structural characteristic of the sandy air currents under the action of the hanging-type sand-retaining wall and the sand resistance characteristic of the sand-retaining wall. This systematic study on the wind-sand flow fields under the control of the hanging-type sand-retaining wall provides a theoretical basis for the rational layout of sand control engineering systems and the efficient utilization of a hanging-type sand-retaining wall.
Li, Yonggui;Yan, Jiahui;Chen, Xinzhong;Li, Qiusheng;Li, Yi
Wind and Structures
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제31권4호
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pp.287-298
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2020
This paper presents an experimental investigation on the surface pressures on the CAARC standard tall building model concerning the effects of freestream turbulence. Two groups of incidence turbulence are generated in the wind tunnel experiment. The first group has an approximately constant turbulence intensity of 10.3% but different turbulence integral scale varying from 0.141 m to 0.599 m or from 0.93 to 5.88 in terms of scale ratio (turbulence integral scale to building dimension). The second group presents similar turbulence integral scale but different turbulence intensity ranging from 7.2% to 13.5%. The experimental results show that the mean pressure coefficients on about half of the axial length of the side faces near the leading edge slightly decrease as the turbulence integral scale ratio that is larger than 4.25 increases, but respond markedly to the changes in turbulence intensity. The root-mean-square (RMS) and peak pressure coefficients depend on both turbulence integral scale and intensity. The RMS pressure coefficients increase with turbulence integral scale and intensity. As the turbulence integral scale increases from 0.141 m to 0.599 m, the mean peak pressure coefficient increases by 7%, 20% and 32% at most on the windward, side faces and leeward of the building model, respectively. As the turbulence intensity increases from 7.2% to 13.5%, the mean value of peak pressure coefficient increases by 47%, 69% and 23% at most on windward, side faces and leeward, respectively. The values of cross-correlations of fluctuating pressures increase as the turbulence integral scale increases, but decrease as turbulence intensity increases in most cases.
In this study, a wind tunnel, that has been developed for experiments of wind turbine rotor blades, has been considered. The deviations of the measurements have been examined after this wind tunnel had been introduced and the measurements on it had been explained. Two different wind turbine rotor blades miniatures have been used for getting better results from the experiments. The accuracy of measurements have been experimented three times repetitively and examined statistically. As a result, wind speed values which this type of wind tunnel and wind turbine rotors need for starting, wind speed in the tunnel, temperature and moisture values, the number of rotor's revolution, and the voltage that is produced in 102 ${\Omega}$ resistance and current values have been determined to be fixed by measurements used. This type of wind tunnel and wind turbine rotor' performance difference and the difference of revolution figures have been determined to be fixed by measurements used.
본 연구에서는 풍진동에 대한 현수교의 거동을 예측하기 위하여 바닥판의 비틀림강성을 고려하여 Mckenna and Tuama 모델(2001)을 개선한 2D 간단해석 방법을 제안하였다. 기존의 모델은 풍속이 증가할수록, 진동수가 낮아질수록 비정상적인 값을 나타내고, 비틀림모드의 공진현상을 묘사할 수 없었다. 이에 본 연구에서는 비틀림강성을 고려하여 풍속에 따른, 진동수에 따른 비틀림진동을 분석하였다. 해석결과 진동 초기의 수직모드는 점차 비틀림모드로 전이되며 수직모드는 안정적으로 진동하는 것을 확인하였다. 또한 비틀림강성 효과를 고려하여 해석을 수행한 결과 수직모드는 시간이 경과함에 따라 안정화되는 모습을 보이나 비틀림 진폭은 일정시간(약 200초) 이후 나타나기 시작하여 비틀림각을 지속적으로 유지하였으며 맥놀이 주기는 풍속이 증가하면서 점차 감소하였다. 비틀림 강성에 따라 서로 다른 풍하중의 풍속과 진동수에 비틀림모드의 공진현상을 나타내므로 실제 설계에는 반드시 이러한 영향이 고려되어야 할 것이다.
This study was carried out to find a way of improving the windproof capability of greenhouse foundations. Generally, greenhouses are often collapsed due to the strong winds, because they are very light weight structures. In such a critical situations, the foundations are very often subjected to uplift and vibration at the same time. This paper describes both the wind disaster of greenhouses by the typhoon FAEY and the uplift resistance of greenhouse foundations. Followings are the results obtained from this study ; Judging from the view point of year round cultural aspects, it is recommended that some measures be taken for the preventions of greenhouse film ruptures because greenhouse structural damages are found to be directly associated with the local rupture of cover film. In the case of surveyed area, movable pipe-houses or pipe-houses of 1-2W type were found to be completely destroyed when the maximum instantaneous wind velocity was over 30m/sec or so. In the case of movable pipe-houses, the uplift resistance of greenhouse was expected to increase with the increase of pipe diameter and/or the embedment pipe length. But at present situations there is a limitation in raising the uplift resistance of movable pipe-house, because pipe diameters as well as pipe lengths customarily selected by farmers are quite a much limited.
This study examined the jack-up spudcan penetration for a new type of offshore wind substructure newly proposed using the jack-up concept to reduce construction costs. The jack-up spudcan for offshore wind turbines should be designed to penetrate a stable soil layer capable of supporting operational loads. This study evaluated multi-layered soil conditions using centrifuge tests: loose sand over clay and loose sand-clay-dense sand. The penetration resistance profiles of spudcan recorded at the centrifuge tests were compared with the ISO and InSafeJIP methods. In the tests, a spudcan punch-through effect slightly emerged under the sand-over-clay condition, and a spudcan squeezing effect occurred in the clay-over-sand layer. On the other hand, these two effects were not critically predicted using the ISO method, and the InSafeJIP result predicted only punch-through failure. Nevertheless, ISO and InSafeJIP methods were well-matched under the conditions of the clay layer beneath the sand and the penetration resistance profiles at the clay layer of centrifuge tests. Therefore, the ISO and InSafeJIP methods well predict the punch-through effect at the clay layer but have limitations for penetration resistance predictions at shallow depths and strong stratum soil below a weak layer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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