Influence of soil stiffness on the dynamic response of an offshore wind turbine

Luque Suárez, Rafael (2015). Influence of soil stiffness on the dynamic response of an offshore wind turbine. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM).

Description

Title: Influence of soil stiffness on the dynamic response of an offshore wind turbine
Author/s:
  • Luque Suárez, Rafael
Contributor/s:
  • Jiménez Rodríguez, Rafael
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería de las Estructuras, Cimentaciones y Materiales
Date: 2015
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Department: Ingeniería y Morfología del Terreno
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La industria de la energía eólica marina ha crecido de forma significativa durante los últimos 15 años, y se espera que siga creciendo durante los siguientes. La construcción de torres en aguas cada vez más profundas y el aumento en potencia y tamaño de las turbinas han creado la necesidad de diseñar estructuras de soporte cada vez más fiables y optimizadas, lo que requiere un profundo conocimiento de su comportamiento. Este trabajo se centra en la respuesta dinámica de una turbina marina con cimentación tipo monopilote y sobre la que actúa la fuerza del viento. Se han realizado cálculos con distintas propiedades del suelo para cubrir un rango de rigideces que va desde una arena muy suelta a una muy densa. De este modo se ha analizado la influencia que tiene la rigidez del suelo en el comportamiento de la estructura. Se han llevado a cabo análisis estáticos y dinámicos en un modelo de elementos finitos implementado en Abaqus. El desplazamiento en la cabeza de la torre y la tensión en su base se han obtenido en función de la rigidez del suelo, y con ellos se ha calculado la amplificación dinámica producida cuando la frecuencia natural del sistema suelo‐cimentación torre se aproxima a la frecuencia de la carga. Dos diferentes enfoques a la hora de modelizar el suelo se han comparado: uno utilizando elementos continuos y otro utilizando muelles elásticos no lineales. Por último, un análisis de fiabilidad se ha llevado a cabo con un modelo analítico para calcular la probabilidad de resonancia del sistema, en el que se han considerado las propiedades de rigidez del suelo como variables aleatorias. Offshore wind energy industry has experienced a significant growth over the past 15 years, and it is expected to continue its growth in the coming years. The expansion to increasingly deep waters and the rise in power and size of the turbines have led to a need for more reliable and optimized support designs, which requires an extensive knowledge of the behaviour of these structures. This work focuses on the dynamic response of an offshore wind turbine founded on a monopile and subjected to wind loading. Different soil properties have been considered in order to cover the range of stiffness from a very loose to a very dense sand. In this way, the influence of stiffness on the structure behaviour has been assessed. Static and dynamic analyses have been carried out by means of a finite element model implemented in Abaqus. Head displacement and stress at the tower base have been obtained as functions of soil stiffness, and they have been used to calculate the dynamic amplification that is produced when the natural frequency of the system soil‐foundation‐tower approaches the load frequency. Two different approaches of soil modelling have been compared: soil modelled as a continuum and soil simulated with non linear elastic springs. Finally, a reliability analysis to assess the probability of resonance has been performed with an analytical model, in which soil stiffness properties are considered as stochastic variables.

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Item ID: 38472
DC Identifier: http://oa.upm.es/38472/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:38472
Deposited by: Biblioteca ETSI Caminos
Deposited on: 19 Nov 2015 08:17
Last Modified: 19 Nov 2015 08:17
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