Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2020
Autor(a) principal: Ribeiro, Robson
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29992
Resumo: Wind turbine support structures are usually dynamically sensible. With the rotor diameter rise, in order to increase energy production, this situation tends to get more critical, giving rise to the needing of more accurate studies regarding the dynamic behaviour of the system. It is known that, due to previous researches and design practice, soil-structure interaction (SSI) plays a major role in the wind turbine natural frequencies of vibration, as well as in the stresses and displacements when applying dynamic operational and wind loads. Considering this scenario, the present research seeks to study non-linear soil-structure interaction models for analysing wind turbine towers. It was used a wind turbine model from National Research Laboratory (NREL) with nominal power capacity of 5 MW and geotechnical data from the Wind Power Plant Miassaba 3, located in the Rio Grande do Norte State, Brazil. Four different SSI models were used: an analytic model with the expressions from DNV (2002); a non-linear numerical FEM model (ABAQUS) using p-y, t-z and Q-z load transfer curves from API (2003); a nonlinear numerical FEM model (ABAQUS) calibrated with pile load test from Miassaba’s construction site and a non-linear FEM model (ABAQUS) with elasto-plastic constitutive model (Mohr-Coulomb failure criteria) also calibrated with the same pile load tests. The results show a discrepancy between analytical and numerical models, where the former provides larger values of global foundation stiffness, the differences being more critical for extreme load case scenarios. This fact brings attention towards to the needing of non-linear models for the dynamic behaviour assessment, in order to archive more reliable foundation design. Additionally, the effects of SSI were evaluated in term of dynamic amplificatory factor of 1P load (FEM model of the wind turbine developed in SAP 2000), which revealed a 16% and 20% foundation load increasing, respectively, in overturning moment and horizontal force.
id UFRN_dd6b7698ce6c363c8cac7c7f7c019ec1
oai_identifier_str oai:repositorio.ufrn.br:123456789/29992
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MWFundação para aerogeradoresRadier estaqueadoAnálise modalInteração solo-estruturaABAQUSDinâmicaNREL 5 MWWind turbine support structures are usually dynamically sensible. With the rotor diameter rise, in order to increase energy production, this situation tends to get more critical, giving rise to the needing of more accurate studies regarding the dynamic behaviour of the system. It is known that, due to previous researches and design practice, soil-structure interaction (SSI) plays a major role in the wind turbine natural frequencies of vibration, as well as in the stresses and displacements when applying dynamic operational and wind loads. Considering this scenario, the present research seeks to study non-linear soil-structure interaction models for analysing wind turbine towers. It was used a wind turbine model from National Research Laboratory (NREL) with nominal power capacity of 5 MW and geotechnical data from the Wind Power Plant Miassaba 3, located in the Rio Grande do Norte State, Brazil. Four different SSI models were used: an analytic model with the expressions from DNV (2002); a non-linear numerical FEM model (ABAQUS) using p-y, t-z and Q-z load transfer curves from API (2003); a nonlinear numerical FEM model (ABAQUS) calibrated with pile load test from Miassaba’s construction site and a non-linear FEM model (ABAQUS) with elasto-plastic constitutive model (Mohr-Coulomb failure criteria) also calibrated with the same pile load tests. The results show a discrepancy between analytical and numerical models, where the former provides larger values of global foundation stiffness, the differences being more critical for extreme load case scenarios. This fact brings attention towards to the needing of non-linear models for the dynamic behaviour assessment, in order to archive more reliable foundation design. Additionally, the effects of SSI were evaluated in term of dynamic amplificatory factor of 1P load (FEM model of the wind turbine developed in SAP 2000), which revealed a 16% and 20% foundation load increasing, respectively, in overturning moment and horizontal force.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESEstruturas de suporte para geradores eólicos costumam ser susceptíveis à vibração. Com o aumento do diâmetro do rotor, buscando maximizar a geração de energia, essa situação tende a ficar mais crítica ensejando estudos mais precisos a respeito do comportamento do sistema. É sabido, a partir de pesquisas anteriores e da prática de projeto, que a interação solo-estrutura tem uma grande influência nas frequências naturais de vibração do aerogerador, bem como nos esforços e deslocamentos quando da aplicação das cargas de vento e de utilização. Tendo em vista esse cenário, a presente pesquisa busca aprofundar os estudos relativos ao uso de modelos não lineares de interação solo-estrutura na análise de torres de suporte para aerogeradores. Foi utilizado o aerogerador modelo da National Research Laboratory (NREL) com potência nominal de 5 MW e os dados geotécnicos do Parque Eólico Miassaba 3, no estado do Rio Grande do Norte. Foram desenvolvidos quatro modelos distintos, sendo eles: um modelo analítico com expressões apresentadas em DNV (2002); modelo numérico discreto não linear com curvas p-y, t-z e Q-z do API (2003); modelo numérico discreto não linear calibrado com resultados de prova de carga estática e modelo numérico contínuo com modelo constitutivo elasto-plástico também calibrado com os PCE’s (utilizando o programa ABAQUS). Os resultados mostram uma discrepância grande entre os modelos numéricos e o analítico, onde o segundo fornece rigidezes bem maiores, sendo essa diferença maior para cargas extremas. Tal fato revela a necessidade do uso de modelos numéricos não lineares. Além disso, foram avaliados os resultados do uso desses modelos na amplificação dinâmica da carga 1P (modelo numérico do aerogerador feito no SAP 2000), que revelou uma diferença de até 16 e 20% nas cargas de momento e força horizontal transferidas à fundação, respectivamente.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVILSilva Filho, José Neres daMaciel, Daniel NelsonAlmeida, Luiz Carlos deRibeiro, Robson2020-09-09T17:51:36Z2020-09-09T17:51:36Z2020-06-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRIBEIRO, Robson. Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW. 2020. 200f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29992info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2020-09-13T07:58:03Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/29992Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2020-09-13T07:58:03Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.none.fl_str_mv Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
title Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
spellingShingle Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
Ribeiro, Robson
Fundação para aerogeradores
Radier estaqueado
Análise modal
Interação solo-estrutura
ABAQUS
Dinâmica
NREL 5 MW
title_short Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
title_full Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
title_fullStr Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
title_full_unstemmed Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
title_sort Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW
author Ribeiro, Robson
author_facet Ribeiro, Robson
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Silva Filho, José Neres da


Maciel, Daniel Nelson

Almeida, Luiz Carlos de

dc.contributor.author.fl_str_mv Ribeiro, Robson
dc.subject.por.fl_str_mv Fundação para aerogeradores
Radier estaqueado
Análise modal
Interação solo-estrutura
ABAQUS
Dinâmica
NREL 5 MW
topic Fundação para aerogeradores
Radier estaqueado
Análise modal
Interação solo-estrutura
ABAQUS
Dinâmica
NREL 5 MW
description Wind turbine support structures are usually dynamically sensible. With the rotor diameter rise, in order to increase energy production, this situation tends to get more critical, giving rise to the needing of more accurate studies regarding the dynamic behaviour of the system. It is known that, due to previous researches and design practice, soil-structure interaction (SSI) plays a major role in the wind turbine natural frequencies of vibration, as well as in the stresses and displacements when applying dynamic operational and wind loads. Considering this scenario, the present research seeks to study non-linear soil-structure interaction models for analysing wind turbine towers. It was used a wind turbine model from National Research Laboratory (NREL) with nominal power capacity of 5 MW and geotechnical data from the Wind Power Plant Miassaba 3, located in the Rio Grande do Norte State, Brazil. Four different SSI models were used: an analytic model with the expressions from DNV (2002); a non-linear numerical FEM model (ABAQUS) using p-y, t-z and Q-z load transfer curves from API (2003); a nonlinear numerical FEM model (ABAQUS) calibrated with pile load test from Miassaba’s construction site and a non-linear FEM model (ABAQUS) with elasto-plastic constitutive model (Mohr-Coulomb failure criteria) also calibrated with the same pile load tests. The results show a discrepancy between analytical and numerical models, where the former provides larger values of global foundation stiffness, the differences being more critical for extreme load case scenarios. This fact brings attention towards to the needing of non-linear models for the dynamic behaviour assessment, in order to archive more reliable foundation design. Additionally, the effects of SSI were evaluated in term of dynamic amplificatory factor of 1P load (FEM model of the wind turbine developed in SAP 2000), which revealed a 16% and 20% foundation load increasing, respectively, in overturning moment and horizontal force.
publishDate 2020
dc.date.none.fl_str_mv 2020-09-09T17:51:36Z
2020-09-09T17:51:36Z
2020-06-26
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv RIBEIRO, Robson. Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW. 2020. 200f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29992
identifier_str_mv RIBEIRO, Robson. Interação solo-estrutura não linear em fundações de aerogeradores onshore em radier estaqueado: efeitos na análise modal e dinâmica em um aerogerador NREL 5 MW. 2020. 200f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2020.
url https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/29992
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@bczm.ufrn.br
_version_ 1855758713936150528