تاثیر میراگر ویسکوز در کنترل ارتعاشات برج مشبک تمام قد تحت نیروهای موج و باد در حوزه ی زمان

پیشینه و اهداف: با گسترش مزارع باد فراساحلی در جهان و توربین­‌های بادی فراساحلی به منظور تولید انرژی برق، توجه به سازه‌ های نگهدارنده ‌ی توربین های بادی و همچنین بهبود بهره‌ وری آنها  با در نظر گرفتن شرایط نامنظم و تصادفی مناطق فراساحلی اهمیت ویژه ای دارد. در این مطالعه کارایی میراگر ویسکوز که به عنوان یکی از روش های کنترلی غیرفعال درکنترل ارتعاشات سازه ‌های موجود و همچنین سکوهای دریایی شناخته شده است، در بهبود پاسخ یک برج مشبک تمام قد توربین بادی دریایی با استفاده از تحلیل در حوزه‌ ی زمان بررسی می‌شود. بدین‌منظور از چندین جانمایی میراگر به صورت قطری و در امتداد پایه ‌های سکو، به منظور تعیین بیشترین کارایی آن استفاده شده است.روش‌ها‌: سازه ی مورد بررسی که سکوی یک توربین بادی 5 mw در دریای شمال است، با استفاده از نرم ‌افزارهای fast، abaqus و sap2000 مدل سازی شده و همچنین از مدل simulink برای حل معادلات حرکت و تعیین پاسخ سازه‌ی برج مشبک که به صورت یک مدل برشی در نظر گرفته شد استفاد شده است، پاسخ های سازه با استفاده از آنالیزهای در حوزه زمان و تحت تحریکات توام موج و باد محاسبه شدند. به‌منظور اعمال نیروهای ناشی از باد و موج به ترتیب از طیف kaimal و pierson- moskowitz  استفاده شده است، نیروهای هیدرودینامیکی ناشی از موج بر اساس تئوری موج خطی ایری و نیروهای آیرودینامیکی ناشی از باد براساس تئوری حرکت عنصر تیغه محاسبه شدند.یافته‌ها: براساس پاسخ ‌های سازه در شرایط مختلف دریایی و با در نظرگرفتن حالتی از دریا با ارتفاع موج مشخصه 1/99354 متر و سرعت باد 12 متر بر ثانیه که منجر به بیشترین ارتعاشات در سازه موردنظر شده است، نتایج به دست آمده از پاسخ سازه‌ های مجهز به میراگر ویسکوز نشان می ‌دهد که در صورتی که المان ‌های فرعی قطری در ترازهای مشخصی از سازه حذف شدند و میراگر ویسکوز به صورت قطری جایگزین آنها شده است. ارتعاشات سازه کاهش قابل توجهی نداشته است و جابجایی نسبی ترازهایی از سازه که میراگر ویسکوز در آنجا قرار گرفته شده در مقایسه با سازه ‌ی بدون میراگر افزایش یافته است، به صورتی که جذر میانگین مربعات جابجایی تراز قرار گیری ناسل توربین بادی در یکی از مدل‌های سازه مجهز به میراگر در مقایسه با سازه بدون میراگر تا 19% افزایش یافته است، در حالی که نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد با در نظر گرفتن میراگرهای ویسکوز  به صورت قائم و در امتداد پایه ‌های سکوی توربین بادی، جابجایی تراز قرار گیری ناسل توربین بادی کاهش قابل توجهی در مقایسه با مدل بدون میراگر داشته است. نتیجه‌گیری: با توجه به هندسه و رفتار طره‌ ای سازه ‌ی برج مشبک تمام قد که جابجایی نسبی طبقات در آن ناشی از دوران سازه است، با جانمایی میراگرهای ویسکوز به صورت قطری که با کاهش سختی سازه­‌ی سکو به دلیل حذف المان ‌های فرعی قطری همراه است میراگرها در استهلاک انرژی عملکرد مطلوبی نداشتند در صورتی که با جانمایی میراگر در راستای پایه‌ های سازه تاثیر بیشتری در استهلاک انرژی و کنترل ارتعاشات این سازه مشاهده شد. بکارگیری انواع مختلفی از سیستم های کنترل ارتعاشات در بهبود پاسخ سازه ی برج مشبک تمام قد که سازه ی نگهدارنده ی توربین بادی است می‌ تواند مورد پژوهش های آتی قرار گیرد.

effectiveness of viscous damper on vibrations control of full -height lattice tower under wave and wind excitations in time-domain

background and objectives: as the expansion of offshore wind farms in the world and offshore wind turbines to generate electricity, it is significant to consideration the support structures of wind turbines and also to improve their productivity by considering the irregular and accidental conditions of offshore areas. in this study, the efficiency of viscous dampers, that known as one of the passive control methods in vibrations control system of structures as well as offshore platforms, in improving the response of full-height lattice tower for an offshore wind turbine in the time-domain analysis is investigated. for this purpose, several dampers are used diagonally on the platform and also along the legs to determine its best efficiency.methods: the structure, which is the platform of a 5 mw wind turbine in the north sea, was modeled using fast, abaqus, and sap2000 software, as well as the simulink model was used to solve the equations of motion and determine the response of the lattice tower structure, which was considered as a shear model. structural responses were calculated using time-domain analysis and under wave and wind excitations. the kaimal and pierson-moskowitz spectrum were used to apply the wind and wave forces, the wave-induced hydrodynamic forces were calculated based on the airy linear wave theory and the wind-induced aerodynamic forces were calculated based on the blade element momentum theory.findings: based on the structure responses in different sea states and considering the condition with a  significant wave height of 1.99354 meters and wind speed of 12 meters per second, which has led to the most vibrations in the structure, the results obtained from the responses of the structure equipped with viscous dampers show that if the diagonal brace elements at certain elevations are removed from the structure and the viscous dampers are replaced diagonally, the structure vibrations have not been reduced significantly and the drift of the structure where the viscous damper is located has increased compared to the structure without the damper,so that in one case which equipped with dampers the rms displacement of the wind turbine nacelle has increased to 19% compared to structures without dampers, while the results show that considering viscous dampers vertically and along the legs of lattice tower, the wind turbine nacelle level displacement has been significantly reduced compared to the model without dampers.conclusion:  due to the geometry and cantilever behavior of the full-height lattice tower in which the relative displacement of the floors is due to the structure rotation, by viscous dampers placement diagonally  in which reduces the rigidity of the platform structure due to the removed brace elements  do not have been seen a significant effect on energy dissipation, while by the viscous damper placement along the legs of the structure, a greater effect have been observed on energy dissipation and vibration control of this structure. the use of various types of systems in vibration control to improving the response of the full-height lattice tower structure that support the structure of wind turbine can be investigated in future research.