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Modeling strategies for wind turbines considering soil-structure interaction

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Autor(es):
Ferreira, Ynae Almeida ; Vernizzi, Guilherme Jorge ; Futai, Marcos Massao ; Franzini, Guilherme Rosa
Número total de Autores: 4
Tipo de documento: Artigo Científico
Fonte: OCEAN ENGINEERING; v. 309, p. 13-pg., 2024-06-12.
Resumo

Reduced-order models (ROMs) are developed for obtaining the natural frequencies of offshore wind turbines (OWTs) considering the soil-structure interaction (SSI) by distributed springs along the monopile and employing three different modeling strategies. The ROM is derived considering a non-prismatic beam with mass at the tip. Once the mathematical model is obtained, the natural frequencies of the NREL 5 MW reference wind turbine are analytically obtained and the results are compared with those obtained by higher-order hierarchical models based on the Finite Element Method (FEM). The novelty here is the presentation of a mathematical model for this SSI representation that allows obtaining different natural frequencies and the vibration modes representation in an analytical scheme. The analyses developed raise a discussion about the choice of the shape function in the use of Galerkin's method. The results show that, depending on the modeling strategy, the fundamental frequency of the OWT studied is obtained with great accuracy when compared to the FEM analysis (considered as a reference value), with difference below 3.5%. The ROMs obtained allow evaluating the natural frequencies and mode shapes with very low computational cost, a feature that can be useful especially in the early stages of design. (AU)

Processo FAPESP: 15/10223-2 - Modelagem física em centrífuga de fundações para torres eólicas
Beneficiário:Marcos Massao Futai
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
Processo FAPESP: 17/16578-2 - Análise da dinâmica de cilindros flexíveis verticais sujeitos a vibrações induzidas pela emissão de vórtices utilizando modos normais não lineares
Beneficiário:Guilherme Jorge Vernizzi Lopes
Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 16/25457-1 - Investigações analítico-numéricas dos problemas de vibrações induzidas pela emissão de vórtices e de excitação paramétrica em cilindros flexíveis verticais e em catenária
Beneficiário:Guilherme Jorge Vernizzi Lopes
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
Processo FAPESP: 15/18220-2 - Modelos analíticos para cálculo de frequências naturais de torres eólicas considerando interação solo-estrutura
Beneficiário:Ynaê Almeida Ferreira Santos
Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado