Abstract
Long-term fatigue analysis of welded multi-planar tubular joints for a fixed jacket offshore wind turbine designed for a North Sea site in a water depth of 70 m is performed. The dynamic response of the jacket support structure due to wind and wave loads is calculated by using a decoupled procedure with good accuracy (Gao et al., 2010). Hot-spot stresses at failure-critical locations of each reference brace for 4 different tubular joints (DK, DKT, X-type) are derived by summation of the single stress components from axial, in-plane and out of plane action, the effects of planar and non-planar braces are also considered. Both a 2-parameter Weibull function and generalized gamma function are used to fit the long-term statistical distribution of hot-spot stress ranges by a combination of time domain simulation for representative environmental conditions in operational conditions of the wind turbine. A joint probabilistic model of mean wind speed UwUw, significant wave height HsHs and spectral peak period TpTp in the northern North Sea is used to obtain the occurrence frequencies of representative environmental conditions (Johannessen, 2002). In order to identify the contributions to fatigue damage from wind loads, wave loads and the interaction effect of wind and wave loads, 3 different load cases are analyzed: wind loads only; wave loads only; a combination of wind and wave loads. The representative environmental condition corresponding to the maximum contribution to fatigue damage is identified. Characteristic fatigue damage of the selected joints for different models is predicted and compared. The effect of brace thickness on the characteristic fatigue damage of the selected joints is also analyzed by a sensitivity study. The conclusions obtained in this paper can be used as the reference for the design of future fixed jacket offshore wind turbines in North Sea
چکیده
تجزيه و تحليل خستگي دراز مدت اتصالات لوله اي- چند سطحي جوش داه شده براي يک ژاکت ثابت توربين بادي دريايي طراحي شده براي سايت درياي شمال در عمق 70 متری از آب انجام شده است. پاسخ ديناميکي از سازه نگهدارنده ژاکت از باد و بارهاي موج با استفاده از روش تجزيه محاسبه شده که با دقت قابل قبول است (Gao و همکاران ، 2010). از تنش داغ - نقطه در محل شکست بحراني براي هر بادبند مرجع از 4 اتصال لوله اي مختلف (DK, DKT, X-type) نتيجه گيری با جمع تنش تک محوري قطعات ، از رفتار صفحه اي و خارج صفحه اي ، اثرات صفحه اي و غير صفحه اي بادبند در نظر گرفته شده است. از هر دو 2- پارامتر تابع وايبول و تابع گاما تعميم يافته به جاي توزيع آماري دراز مدت دامنه تنش داغ نقطه بوسيله ترکيبي از دامنه شبيه سازي براي نشان دادن شرايط زيست محيطي در شرايط عملياتي توربين بادي استفاده مي شود. مدل احتمالاتي يک اتصال از سرعت متوسط بادUW ،ارتفاع موج مشخصه HS و دوره اوج طيفي TP در شمال درياي شمال براي به دست آوردن فرکانس هاي نشان دهنده بروز شرايط محيطي استفاده شده است (Johannessen ، 2002). به منظور شناسايي سهم آسيب خستگي بار باد ، موج بارها و اثر اندرکنش از باد و بار موج ، 3 حالت بار مختلف آناليز شده : تنها بارهاي باد ؛ تنها بارهاي موج ؛ ترکيبي از باد و بار موج. نشان دهنده وضعيت محيط زيست متناظر با سهم حداکثر خسارت خستگي شناخته شده است. مشخصه آسيب خستگي از انتخاب اتصالات براي مدل هاي مختلف پيش بيني و مقايسه شده است. اثر ضخامت بادبند در مشخصه خستگي از آسيب اتصالات ضمن تجزيه و تحليل با بررسي ميزان حساسيت انتخاب شده است. نتايج به دست آمده در اين مقاله را مي توان به عنوان مرجع براي طراحي بعدی ژاکت ثابت توربين های بادي دريايي در درياي شمال استفاده کرد.
1-مقدمه
نقش انرژي باد در استفاده از انرژي هاي تجديد شونده مناسب بسيار و بسيار مهم است. در طول 13 سال گذشته (1996-2009) ، جمع ظرفيت جهاني نصب شده از انرژي باد به طور متوسط با نرخ 28.6 ٪ سالانه افزايش يافته است[1] . مقايسه با انرژي باد زمين -پايه ، فضاي دسترسی بيشتر ، پايداري بيشتر و سرعت باد بالاتر ، و اختلال ديد و سر و صدا کمتر براي انرژي باد دريايی وجود دارد. بنابراين فن آوري باد دريايی در حال رشد سريع است ، به عنوان مثال رشد قابل توجهي از انرژي باد دريايی انتظار مي رود در سالهاي 2010- 2015 در اروپا بيش از 40 ٪ باشد..