بررسی تاثیر تغییر راستای بارگذاریِ باد بر پاسخ شمع‌های نیروگاه‌های بادی فراساحلی

اغلب توربین‌های بادی فراساحلی دارای فونداسیون‌های شمعی از نوع مونوپایل قطور هستند. نیروی اصلی اعمالی بر این توربین‌ها باد است که در راستاهای مختف بر سازه اعمال می شود. در این مقاله، تاثیر تغییر راستای بارگذاری باد بر پاسخ شمع‌های توربین‌های بادی فراساحل با انجام شبیه‌سازی عملکرد سیستم خاک-شمع در نرم‌افزار فِلَک سه‌بعدی (flac 3d)، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور، با استفاده از مدل سطح‌مرزی ارائه شده توسط دافالیاس و منظری برای شبیه‌سازی رفتار خاک و با در نظر گرفتن حالت بحرانی و پلاستیسیته مدلِ سطح مرزی، اثرات سخت‌شدگی و نرم‌شدگی ماسه بر بارگذاری تناوبی ناشی از باد در نظر گرفته شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد، در شمع‌های قطور تغییر راستای بارگذاری، باعث کاهش 16 درصدی حداکثر تغییرمکان افقی و چرخش سرشمع نسبت به حالت بارگذاری تک‌جهته می‌گردد. این اختلاف در خصوص تغییرمکان قائم حدود 2 برابر است. تغییرمکان ماندگار در راستای افقی و چرخش ماندگار نیز به ترتیب حداکثر 13 و 18 درصد کاهش داشته‌اند. اعمال بارگذاری متناوب در راستاهای مختلف سبب حرکت رو به بالای شمع شده تا جایی که پس از اتمام بارگذاری، شمع نسبت به تراز اوّلیه خود بالاتر قرار می‌گیرد. به طور کلی، تغییر راستای بارگذاری در بارگذاری متناوب باد باعث تغییر قابل ملاحظه‌ای در پاسخ شمع می‌شود، هر چند مقادیر این اختلاف در پارامترهای مختلف و حالت‌های مختلف بارگذاری متفاوت است.

the effects of wind load direction changes on offshore wind turbine monopile response

monopile is the most common type of foundation for onshore and offshore wind turbines. as the wind blows in different directions, wind load alternately applies in different directions during the life cycle of the wind turbine. in this paper, the influence of the alternating change of wind load direction on the response of wind turbine piles is studied. the functional performance of the soil-pile system is simulated with a bounding surface soil behavior model presented by dafaliad-manzari that is implemented in flac3d software. the softening and hardening effects of soils due to cyclic load patterns are incorporated into the model in a convenient manner. the results show that in monopiles, alternative change in the direction of loading results in the decrease in the maximum horizontal displacement and rotation up to 16% in comparison with the uni-directional loading mode. this difference in vertical displacement is about 100%. residual displacement and rotation in the horizontal direction also decrease 13% and 18%, respectively. alternating change of loading causes upward moves of the monopile; the pile moves upward from its original level. in general, the change of loading direction causes a significant change in the pile response, although the values of this difference vary in different parameters and for altered loading modes.