The average growth in the wind power energy market during the past five years has been 26% per year. Renewable energy resources, of which wind energy is prominent, are part of the solution to the global energy problem. Wind power system and the rotor blade concepts are reviewed, and loadings by wind and gravity as important factors for the mechanical performance of the materials are considered. So, the mechanical properties of fiber composite materials are discussed. In addition, it is necessary to analyze and evaluate the stress distribution and deformation for them in the design level. This study shows the result that CFRP rotor blade of wind turbine satisfies the strength and deformation through numerical analysis using the commercial finite element analysis program.
The aim of the paper is to use optimization and advanced numerical computation of a sail fiber-reinforced composite model to increase the performance of a yacht under wind action. Designing a composite-shell system against the wind is a very complex problem, which only in the last two decades has been approached by advanced modeling, optimization and computer fluid dynamics (CFDs) based methods. A sail is a tensile structure hoisted on the rig of a yacht, inflated by wind pressure. Our objective is the multiple criteria optimization of a sail, the engine of a yacht, in order to obtain the maximum thrust force for a given load distribution. We will compute the best possible yarn thickness orientation and distribution in order to minimize the total fiber volume with some displacement constraints and in order to leave the most uniform stress distribution over the whole structure. In this paper our attention will be focused on computer simulation, modeling and optimization of a sail-shape mathematical model in different regatta and wind conditions, with the purpose of improving maneuverability and speed made good.
The purpose of this study is to develop a vertical wind turbine with antenna structure in microgird environment. Computational fluid dynamics (CFD) was used to calculate the basic aerodynamic performance. The pressure resulted from CFD analysis has been mapped on the surface of wind turbine as load condition and the Fluid Structure Interaction (FSI) was applied. The stability of the wind turbine was confirmed by checking the deformation and internal stress of wind turbine by wind force.
A damage detection method for the tripod support structure of offshore wind turbines is presented for structural health monitoring. A finite element model of a prototype tripod support structure is established and the modal properties are calculated. The degree and location of the damage are estimated based on the neural network technique using the changes of natural frequencies and mode shape due to the damage. The stress distribution occurring in the support structure is obtained by a dynamic analysis for the wind turbine system to select the output data of the neural network. The natural frequencies and mode shapes for 36 possible damage scenarios were used for the input data of the learned neural network for damage assessment. The estimated damages agreed reasonably well with the accurate ones. The presented method could be effectively applied for damage detection and structural health monitoring of various types of support structures of offshore wind turbines.
Seasonal volume transport on the Texas-Louisiana continental shelf is investigated in terms of objectively fitted transport streamfunction fields based on the current meter data of the TexasLouisiana Shelf Circulation and Transport Processes Study. Adopted here for the objective mapping is a method employing a two-dimensional truncated Fourier representation of the streamfunction over a domain, with the amplitudes determined by least square fit of the observation. The fitting was done with depth-averaged flow rather than depth-integrated flow to reduce the root-mean-square error. The fitting process filters out $11\%$ of the kinetic energy in the monthly mean transport fields. The shelf-wide pattern of streamfunction fields is similar to that of near-surface velocity fields over the region. The nearshore transport, about 0.1 to 0.3 Sv $(1 Sv= 10^6\;m^3/sec)$, is well correlated with the seasonal signal of along-shelf wind stress. The spring transport is weak compared to other seasons in the inner shelf region. The transport along the shelf break is large and variable. In the southwestern shelf break, transport amounts up to 4.7 Sv, which is associated with the activities of the encroaching of energetic anticyclonic eddies originated in Loop Current of the eastern Gulf of Mexico. The first empirical orthogonal function (EOF) of streamfunction variability contains $67.3\%$ of the variance and shows a simple, shelf-wide, along-shelf pattern of transport. The amplitude evolution of the first EOF is highly correlated (correlation coefficient: 0.88) with the evolution of the along-shelf wind stress. This provides strong evidence that the large portion of seasonal variation of the shelf transport is wind-forced. The second EOF contains $23.7\%$ of the variance and shows eddy activities at the southwestern shelf break. The correlation coefficient between the amplitudes of the second EOF and wind stress is 0.42. We assume that this mode is coupled a periodic inner shelf process with a non-periodic eddy process on the shelf break. The third EOF (accounting for $7.2\% of the variance) shows several cell structures near the shelf break associated with the variability of the Loop Current Eddies. The amplitude time series of the third EOF show little correlation with the along-shelf wind.
Variability of sea surface temperature (SST) in the Japan/East Sea (JES) was studied using complex empirical orthogonal function (CEOF) analysis. Two daily data sets were analyzed: (1) New Generation 0.05o-gridded SST from Tohoku University, Japan (July 2002-July 2006), and (2) 0.25o-gridded SST from the Japan Meteorological Agency (October 1993-November 2006). Linkages with wind stress curl were revealed using 6-h 1o-gridded surface zonal and meridional winds from ancillary data of the Sea- WiFS Project, a special National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) product (1998-2005). SST anomalies (SSTA) were obtained by removing the seasonal signal, estimated as the leading mode of the CEOF decomposition of the original SST. Leading CEOF modes of residual SSTA obtained from both data sets were consistent with each other and were characterized by annual, semiannual, and quasi-biennial time scales estimated with 95% statistical significance. The Semiannual Mode lagged 2 months behind the increased occurrence of the anticyclonic (AC) wind stress curl over the JES. Links to dynamic processes were investigated by numerical simulations using an oceanic model. The suggested dynamic forcings of SSTA are the inflow of subtropical water into the JES through the Korea Strait, divergence in the surface layer induced by Ekman suction, meridional shifts of the Subarctic Front in the western JES, AC eddy formation, and wind-driven strengthening/weakening of large-scale currents. Events of west-east SSTA movement were identified in July-September. The SSTA moved from the northeastern JES towards the continental coast along the path of the westward branch of the Tsushima Current at a speed consistent with the advective scale.
본 논문에서는 반응표면법을 이용하여 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적설계를 수행하였다. 선행연구의 구조해석 결과를 살펴보면 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드가 항복강도 이상의 응력이 발생하였으므로, 구조적 안전성을 확보하고자 최적화 기법을 적용한 구조설계를 재수행하였다. 이를 위해 먼저 블레이드에 발생하는 응력에 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하였다. 이에 실험계획법 기반 반응표면법을 적용하였다. 목적함수 및 제한조건은 각각 중량 및 허용응력으로 설정하였다. 또한 중량 및 응력에 대한 설계인자의 영향을 평가하기 위한 민감도 해석을 수행하였다. 이러한 과정을 통해 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다.
본 연구에서는 순압모델을 이용하여 대마난류(Tsushima Warm Current)의 분기기작 및 계절별 분기위치의 변화에 바람이 미치는 영향을 살펴보았다. 모델 격자간격은 위도와 경로방향 모두 0.25$^{\circ}$로 하였고 해수표면에 적용한 계절별 바람응력은 Hellerman and Rosenstein(1983)의 바람을 이용하였다. 모델결과에 의하면 대마난류는 북풍계열의 바람이 강한 동계(10월-3월)에는 일론 큐슈 남서쪽 대륙사면에서 쿠로시오로부터 직접 분기되어 형성되며, 하계(4월-9월)에는 대만해협(Taiwan Strait)을 통해 유입된 대만난류가 대마난류의 기원으로 나타난다. 쿠로시오는 동계에 최대 수송량을 가지며 하계에 최소를 보이고, 대만난류(Taiwan Current)의 수송량은 이러한 쿠로시오와 약 160도의 위상차를 갖는다. 대마난류의 수송량 변화는 쿠로시오의 변화와 120$^{\circ}$의 위상차(약 4개월)를 가질 때 잘 일치한다.
Modelling incompressible, neutrally stratified, barotropic, horizontally homogeneous and steady-state atmospheric boundary layer (ABL) is an important aspect in computational wind engineering (CWE) applications. The ABL flow can be viewed as a balance of the horizontal pressure gradient force, the Coriolis force and the turbulent stress divergence. While much research has focused on the increase of the wind velocity with height, the Ekman layer effects, entailing veering - the change of the wind velocity direction with height, are far less concerned in wind engineering. In this paper, a modified k-ε model is introduced for the ABL simulation considering wind veering. The self-sustainable method is discussed in detail including the precursor simulation, main simulation and near-ground physical quantities adjustment. Comparisons are presented among the simulation results, field measurement values and the wind profiles used in the conventional wind tunnel test. The studies show that the modified k-ε model simulation results are consistent with field measurement values. The self-sustainable method is effective to maintain the ABL physical quantities in an empty domain. The wind profiles used in the conventional wind tunnel test have deficiencies in the prediction of upper-level winds. The studies in this paper support future practical super high-rise buildings design in CWE.
This paper presents a wind tunnel study of wind loads of the large billboard structures with two-plate and three-plate configurations. Synchronous dynamic pressures on the surfaces of plates are measured, and the characteristics of local pressures, integrated forces on each individual plate and on the overall structures are investigated. The influences of wind direction and plate configuration on wind load characteristics, and the contributions of overall crosswind load and torque to the stress responses are examined. The results showed that the wind load characteristics of windward plate in both two- and three-plate configurations are very similar. The contribution of overall crosswind load makes the total resultant force from both alongwind and crosswind loads less sensitive to wind direction in the case of three-plate configuration. The overall torque is lower than the value specified in current codes and standards, and its contribution is less significant in both two-plate and three-plate configurations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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