Geunsu Joo;Jin Bum Moon;Si-Hyun Kim;Min-Gyu Kang;Ji-Hoon Kim
Journal of Wind Energy
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v.13
no.3
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pp.53-60
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2022
This paper deals with the structural analysis of wind turbine blades considering the bi-modulus property of CFRP, known as a more economic and efficient material for very large blades. The bi-modulus property is an unique characteristic of CFRP that shows higher tensile modulus than compressive modulus. Due to this characteristic, it is needed to apply the bi-modulus property to the computational analysis of CFRP blades to achieve more accurate results. In this paper, a novel method is proposed to apply the bi-modulus property of CFRP in a numerical simulation. To demonstrate the bi-modulus effect in FE analysis, the actual bi-modulus of CFRP was measured and applied to the structural analysis of a wind turbine blade. Moreover, the effects of the proposed method were evaluated by comparing the analysis results with actual full-scale blade static test results. As a result, it was verified that the proposed method could appropriately simulate the bi-modulus during FE analysis. Moreover, the accuracy of blade structural analysis was improved in accordance with the application of the bi-modulus property.
The paper describes the results of the monitoring of an elevated steel water-tank with unusual shape, 85 m high and 40 m wide. The research was carried out analysing both the static and dynamic behaviour under wind actions. The instruments used (some of which were employed for the first time for this project) are described and the data processing procedures are discussed. Comparison between the experimental results and those obtained through a numerical model gives interesting information both on the structural behaviour and on the characterisation of wind actions.
Experimental wind tunnel tests have been attempted to investigate the aerodynamic characteristics of floating offshore structure using some types of scaled mldels. The static behaviors of lift, drag forces and pitching moment of its models are measured to exammine the relationship between wind loads and incidence angle, wind velocity, shape of models. The effect of solid ground has been obtained also.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.4
s.74
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pp.369-374
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2006
This paper describes dynamic characteristics of a power transmission tower consisting of lots of power lines and insulators. A numerical 3D modeling for the static, dynamic and buckling analyses of the power transmission tower is presented considering the case when the power lines are cut. Eigenvalue analysis indicates that the transmission tower shows different behavior comparing to usual structures governed by several low modes. The transmission tower is governed by lots of modes. It is verified that the transmission tower is structurally safe against the static wind and buckling loads. But the structural and buckling safety is not guaranteed when all power lines are cut, which comes to collapse the transmission tower. Further study is in need to overcome such case. Wind dynamic analysis shows that fluctuating wind loads increase the response of the tower.
This paper presents a study on the effectiveness of the proper orthogonal decomposition (POD) technique for reconstruction of wind pressure field as applied to a cylindrical shell roof based on simultaneously measured wind pressure data. The influence of wind loading mode truncation on the statistics of dynamic pressures and wind load effects are investigated. The results showed that truncation of higher wind loading modes can have more noticeable influence on the maximum and minimum pressures that the standard derivation (STD) values. The truncation primarily affects the high-frequency content of the pressures. Estimation of background response using wind loading modes is more effective than the use of traditional structural modal analysis.
A method for analyzing the coupled wind-vehicle-bridge system is proposed that also considers the shielding effect of the bridge tower with triangular wind barriers. The static wind load and the buffeting wind load for both the bridge and the vehicle are included. The shielding effects of the bridge tower and the triangular wind barriers are incorporated by taking the surface integral of the wind load. The inter-history iteration is adopted to solve the vehicle-bridge dynamic equations with time-varying external loads. The results show that after installing the triangular wind barriers in the area of the bridge tower, the bridge response and the vehicle safety factors change slightly. The peak value of the train car body acceleration is significantly reduced when the wind barrier size is increased.
A model is proposed to analyse the along-wind dynamic response of upwind turbines with horizontal axis under service wind conditions. The model takes into account the dynamic coupling effect between rotor blades and supporting tower. The wind speed field is decomposed into a mean component, accounting for the well-known wind shear effect, and a fluctuating component, treated through a spectral approach. Accordingly, the so-called rotationally sampled spectra are introduced for the blades to account for the effect of their rotating motion. Wind forces acting on the rotor blades are calculated according to the blade element momentum model. The tower shadow effect is also included in the present model. Two examples of a large and medium size wind turbines are modelled, and their dynamic response is analysed and compared with the results of a conventional static analysis.
An accurate identification of the aerodynamic characteristics of vehicles and the bridge is the premise for the coupled vibration analysis of a wind-vehicle-bridge system. At present, the interaction of aerodynamic forces between the road vehicles and bridge is ignored in most previous studies. In the present study, an experimental setup was developed to measure the aerodynamic characteristics of vehicles and the bridge for different cases in a wind tunnel considering the aerodynamic interference. The influence of the wind turbulence, the wind speed, the vehicle interference, and the vehicle position on the aerodynamic coefficients of vehicles, and the influence of vehicles on the static coefficients of the bridge were investigated, based on the experimental results. The variations in the aerodynamic characteristics of vehicles and the bridge were studied and the measured results were validated according to the results of surface pressure measurements on the vehicle and the bridge. The measured results were further validated by comparing the measured results with values derived numerically. The measured results showed that the wind turbulence, the vehicle interference, and the vehicle position significantly affected the aerodynamic coefficients of vehicles. However, the influence of the wind speed on the aerodynamic coefficients of the studied vehicle is small. The static coefficients of the bridge were also significantly influenced by the presence of vehicles.
Ultrapure ferritic stainless steel provides a new generation of long-span metal roof systems with continuous welding technology, which exhibits many unknown behaviors during wind excitation. This study focuses on the wind-resistant capacity of a new continuous welding stainless steel roof (CWSSR) system. Full-scale testing on the welding joints and the CWSSR system is performed under uniaxial tension and static ultimate wind uplift loadings, respectively. A finite element model is developed with mesh refinement optimization and is further validated with the testing results, which provides a reliable way of investigating the parameter effect on the wind-induced structural responses, namely, the width and thickness of the roof sheeting and welding height. Research results show that the CWSSR system has predominant wind-resistant performance and can bear an ultimate wind uplift loading of 10.4 kPa without observable failures. The welding joints achieve equivalent mechanical behaviors as those of base material is produced with the current of 65 A. Independent structural responses can be found for the roof sheeting of the CWSSR system, and the maximum displacement appears at the middle of the roof sheeting, while the maximum stress appears at the connection supports between the roof sheeting with a significant stress concentration effect. The responses of the CWSSR system are greatly influenced by the width and thickness of the roof sheeting but are less influenced by the welding height.
The aeroelastic stability of a long-span suspension footbridge with a bluff deck (prototype section) was examined through static and dynamic wind tunnel tests using a 1:10 scale sectional model of the main girder, and the corresponding aerodynamic countermeasures were proposed in order to improve the stability. First, dynamic tests of the prototype sectional model in vertical and torsional motions were carried out at three attack angles (α = 3°, 0°, -3°). The results show that the galloping instability of the sectional model occurs at α = 3° and 0°, an observation that has never been made before. Then, the various aerodynamic countermeasures were examined through the dynamic model tests. It was found that the openings set on the vertical web of the prototype section (web-opening section) mitigate the galloping completely for all three attack angles. Finally, static tests of both the prototype and web-opening sectional models were performed to obtain the aerodynamic coefficients, which were further used to investigate the galloping mechanism by applying the Den Hartog criterion. The total damping of the prototype and web-opening models were obtained with consideration of the structural and aerodynamic damping. The total damping of the prototype model was negative for α = 0° to 7°, with the minimum value being -1.07%, suggesting the occurrence of galloping, while that of the web-opening model was positive for all investigated attack angles of α = -12° to 12°.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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