Various loads induced by marine environmental conditions, such as waves, currents, and wind, are crucial for the operation and viability of offshore wind power (OWP) systems. In particular, waves have a significant impact on the stress and fatigue load of offshore structures, and highly reliable design parameters should be derived through extreme value analysis (EVA) techniques. In this study, extreme wave analyses were conducted with various Weibull distribution models to determine the reliable design parameters of an OWP system suitable for the Ulsan area. Forty-three years of long-term hindcast data generated by a numerical wave model were adopted as the analyses data, and the least-squares method was used to estimate the parameters of the distribution function for EVA. The inverse first-order reliability method was employed as the EVA technique. The obtained results were compared among themselves under the assumption that the marginal probability distributions were 2p, 3p, and exponentiated Weibull distributions.
This paper focuses on the rigorous and holistic fatigue analysis of mooring chains for a deep draft semi-submersible platform in the challenging environment of the central Gulf of Mexico (GoM). Known for severe hurricanes and strong loop/eddy currents, this region significantly impacts offshore structures and their mooring systems, necessitating robust designs capable of withstanding extreme wind, wave and current conditions. Wave scatter and current bin diagrams are utilized to assess the probabilistic distribution of waves and currents, crucial for calculating mooring chain fatigue. The study evaluates the effects of Vortex Induced Motion (VIM), Out-of-Plane-Bending (OPB), and In-Plane-Bending (IPB) on mooring fatigue, alongside extreme single events such as 100-year hurricanes and loop/eddy currents including ramp-up and ramp-down phases, to ensure resilient mooring design. A detailed case study of a deep draft semi-submersible platform with 16 semi-taut moorings in 2,500 meters of water depth in the central GoM provides insights into the relative contributions of wave scatter diagram, VIMs from current bin diagram, the combined stresses of OPB/IPB/TT and extreme single events. By comparing these factors, the study aims to enhance understanding and optimize mooring system design for safety, reliability, and cost-effectiveness in offshore operations within the central GoM. The paper addresses a research gap by proposing a holistic approach that integrates findings from various contributions to advance current practices in mooring design. It presents a comprehensive framework for fatigue analysis and design optimization of mooring systems in the central GoM, emphasizing the critical importance of considering environmental conditions, OPB/IPB moments, and extreme single events to ensure the safety and reliability of mooring systems for offshore platforms.
For the tunnel design of the first class on new Seoul-Chunchon railway, we investigated for train speeds to run through tunnels without ear-discomfort of passenger in cabin by application of numerical analysis. Also we analyzed the effect of the wind speed induced by train in tunnel that is very harmful to the workers on railroad and the effect of the air-pressure fluctuations which get the fatigue to the tunnel lining and the car body.
Within this paper a new approach for early damage detection in rotor blades of wind energy converters is presented, which is shown to have a more sensitive reaction to damage than eigenfrequency-based methods. The new approach is based on the extension of Gasch's proportionality method, according to which maximum oscillation velocity and maximum stress are proportional by a factor, which describes the dynamic behavior of the structure. A change in the proportionality factor can be used as damage indicator. In addition, a novel deflection sensor was developed, which was specifically designed for use in wind turbine rotor blades. This deflection sensor was used during the experimental tests conducted for the measurement of the blade deflection. The method was applied on numerical models for different damage cases and damage extents. Additionally, the method and the sensing concept were applied on a real 50.8 m blade during a fatigue test in the edgewise direction. During the test, a damage of 1.5 m length was induced on the upper trailing edge bondline. Both the initial damage and the increase of its length were successfully detected by the decrease of the proportionality factor. This decrease coincided significantly with the decrease of the factor calculated from the numerical analyses.
Park, Seong-Jong;Kwon, Hyuk-Jun;Lee, In;Han, Jae-Heung
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.5
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pp.402-409
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2004
Numerical analysis of static and dynamic wind effects on civil engineering structures was performed. Long-span suspension bridges are flexible structures that are highly sensitive to the action of the wind. Aerodynamic effect often becomes a governing factor in the design process of bridges and aeroelastic stability boundary becomes a prime criterion which should be confirmed during the structural design stage of bridges because the long-span suspension bridges are prone to the aerodynamic instabilities caused by wind. If the wind velocity exceeds the critical velocity that the bridge can withstand, then the bridge fails due to the phenomenon of flutter. Buffeting caused by turbulence results in structural fatigue, which could lead to the failure of a bridge. Navier-Stokes equations are used for the aeroelastic analysis of bridge girder section. The aeroelastic simulation is carried out to study the aeroelastic stability of bridges using both Computational Fluid Dynamic (CFD) and Computational Structural Dynamic (CSD) schemes.
The paper presents results of studies concerning wind-induced aeolian vibration and fatigue of a 110 kV covered conductor overhead line. Self-damping measurement techniques are discussed: power method is found to be the most reliable technique. A method for compensating tension variations during the self-damping test is presented. Generally used empirical self-damping power models are enhanced and the different models are compared with each other. The Energy Balance Analysis (EBR) is used to calculate the aeolian vibration amplitudes, which thereafter are converted to bending stress for the calculation of conductor lifetime estimate. The results of EBA are compared with field measurements, Results indicate that adequate lifetime estimates are produced by EBA as well as field measurements. Generally the EBA gives more conservative lifetime expectancy. This is believed to result from the additional damping existing in true suspension structures not taken into account by EBA. Finally, the correctness of the line design is verified using Cigre's safe design tension approach.
Wind-induced oscillations are known to cause damage to the conductors and related hardware through fatigue, clashing of the bundled conductors and bolt loosening. Wake-induced oscillations have been known since the advent of bundled conductors, they are caused by aerodynamically unstable forces acting on the leeward conductors in the wake of the windward conductors, They take the form of horizontal galloping, snaking or rolling, in which case all subconductors move together in unison. They can also take the form of the subspan oscillation, which appear as elliptical motions of the subconductors moving out of phase, mainly in the horizontal plane within a subspan. In order to decrease amplitudes of the oscillation, this paper examines the application status of the spacer dampers and suggests proper installation methods.
In this paper, the wind tunnel test for the measurement of aerodynamic characteristics of transmission conductors with asymmetric sections is described. A single conductor model and bundled conductor models with ice accreted shapes are tested both in steady and turbulent flow, and the aerodynamic coefficients are acquired. Transmission conductor galloping is a kind of wind-induced vibration which is characterized by primarily vertical oscillation with a very low frequency and a high amplitude. It is well known that transmission conductor galloping is generally caused by moderately strong, steady winds when a transmission conductor has an asymmetric cross-section shaped by accreted ice. Galloping should be considered from the design stage of overhead lines because it can cause severe wear and fatigue damage to attachments as well as transmission conductors. It is reported that there have been normally 20 events of galloping per year in Korea, which may be followed by serious consequences in the electric power system. Therefore, this research is performed to measure aerodynamic characteristics of ice accreted transmission conductors to understand and control transmission conductor galloping so that it would help to prevent unexpected failures and reduce the maintenance costs caused by galloping.
Wind tunnel test results and their interpretations focused on the behavior of girder, which were performed to study the aerodynamic stability of a self-anchored suspension bridge with lateral sag of main cable, are presented in this paper The shape of the girder which has the best aerodynamic stability was selected based on the section model test under uniform and turbulent flow conditions. Good performance of the selected section was confirmed in the full bridge model test. Measured flutter derivatives are presented for further study. Buffeting response was investigated to check the fatigue problem and serviceability of the bridge but it was found to be acceptable from the engineering point of view. Even though the drag coefficient of the girder had high value, the amplitude of the lateral vibration was found to be very low. This may be due to the restraint provided by the lateral sag of the cables.
The structural integrity of tube bundles represents a major concern when dealing with high risk industries, such as nuclear steam generators, where the rupture of a tube or tubes will lead to the undesired mixing of the primary and secondary fluids. Flow-induced vibration is one of the major concerns that could compromise the structural integrity. The vibration is caused by fluid flow excitation. While there are several excitation mechanisms that could contribute to these vibrations, fluidelastic instability is generally regarded as the most severe. When this mechanism prevails, it could cause serious damage to tube arrays in a very short period of time. The tubes are therefore stiffened by means of supports to avoid these vibrations. To accommodate the thermal expansion of the tube, as well as to facilitate the installation of these tube bundles, clearances are allowed between the tubes and their supports. Progressive tube wear and chemical cleaning gradually increases the clearances between the tubes and their supports, which can lead to more frequent and severe tube/support impact and rubbing. These increased impacts can lead to tube damage due to fatigue and/or wear at the support locations. This paper presents simulations of a loosely supported multi-span U-bend tube subjected to turbulence and fluidelastic instability forces. The mathematical model for the loosely-supported tubes and the fluidelastic instability model is presented. The model is then utilized to simulate the nonlinear response of a U-bend tube with flat bar supports subjected to cross-flow. The effect of the support clearance as well as the support offset are investigated. Special attention is given to the tube/support interaction parameters that affect wear, such as impact and normal work rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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