Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.5
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pp.487-495
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2012
The yaw control, a major part of the wind turbine, is closely related to the efficiency of electric power production and the mechanical load. The yaw error, which results from the nacelle not being appropriately aligned in the wind direction, not only decreases the power output but also reduces the lifetime of the wind turbine as a result of large fatigue loads. However, the yawing rate cannot be increased indefinitely because of constraints on mechanical loads. This paper investigates the characteristics of an active yaw control system, the basic principle of the system, and mechanical loads around the yaw axis during yawing.
The 486m-long roof of Shenzhen Citizens Centre is one of the world's longest spatial lattice roof structures. A comprehensive numerical study of wind effects on the long-span structure is presented in this paper. The discretizing and synthesizing of random flow generation technique (DSRFG) recently proposed by two of the authors (Huang and Li 2008) was adopted to produce a spatially correlated turbulent inflow field for the simulation study. The distributions and characteristics of wind loads on the roof were numerically evaluated by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, in which Large Eddy Simulation (LES) and Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations (RANS) Model were employed. The main objective of this study is to explore a useful approach for estimations of wind effects on complex curved roof by CFD techniques. In parallel with the numerical investigation, simultaneous pressure measurements on the entire roof were made in a boundary layer wind tunnel to determine mean, fluctuating and peak pressure coefficient distributions, and spectra, spatial correlation coefficients and probability characteristics of pressure fluctuations. Numerical results were then compared with these experimentally determined data for validating the numerical methods. The comparative study demonstrated that the LES integrated with the DSRFG technique could provide satisfactory prediction of wind effects on the long-span roof with complex shape, especially on separation zones along leading eaves where the worst negative wind-induced pressures commonly occur. The recommended LES and inflow turbulence generation technique as well as associated numerical treatments are useful for structural engineers to assess wind effects on a long-span roof at its design stage.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.16
no.3
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pp.126-135
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2013
With more than 70% of the country consisting of mountains, Korea has large and small mountains, and hills located in the inner cities. Therefore, Korea's architectural structure laws stipulate that an increase in wind speed due to the influence of terrain should be considered in the design of wind loads of buildings. But if more than two mountains are located around the building or if the boundaries of the land surface are not clear when calculating topographic factors of wind speed, the designer has subjectively selected the coverage of the topographic factors of wind speed or the surface. This may lead to unscientific design of wind loads. This study attempts to analyze topographic factors of wind speed by using a 1:5000 topographic map with relatively high location accuracy and thereby to reflect changes due to the topographic characteristics and influence at the point where the building is located. By also selecting terrain surfaces and vertexes through Arc GIS and presenting a scientific approach to determine the range of topographic factors of wind speed, this study is expected to make a contribution for more rational and cost-effective wind-resistant design of buildings.
The focus of this article is on the assessment of vertical wind vector components and their aerodynamic impact on lattice framework, specifically two distinct sections of a guyed transmission tower. Thunderstorm winds, notably very localized events such as convective downdrafts (including downbursts) and tornadoes, result in a different load on a tower's structural system in terms of magnitude and spatial distribution when compared to horizontal synoptic winds. Findings of previous model-scale experiments are outlined and their results considered for the development of a testing rig that allows for rotation about multiple body axes through a series of wind tunnel tests. Experimental results for the wind loads on two unique experimental models are presented and the difference in behaviour discussed. For a model cross arm with a solidity ratio of approximately 30%, the drag load was increased by 14% when at a pitch angle of $20^{\circ}$. Although the effects of rotation about the vertical body axis, or the traditional 'angle of attack', are recognized by design codes as being significant, provisions for vertical winds are absent from each set of wind loading specifications examined. The inclusion of a factor to relate winds with a vertical component to the horizontal speed is evaluated as a vertical wind factor applicable to load calculations. Member complexity and asymmetric geometry often complicate the use of lattice wind loading provisions, which is a challenge that extends to future studies and codification. Nevertheless, the present work is intended to establish a basis for such studies.
Numerical research on four typical configurations of noise mitigation structures and their characteristics of wind loads are reported in this paper. The turbulence model as well the model parameters, the modeling of the equilibrium atmospheric boundary layer, the mesh discretization etc., were carefully considered in the numerical model to improve the numerical accuracy. Also a numerical validation of one configuration with the wind tunnel test data was made. Through detailed analyses of the wind load characteristics with the inclined part and the wind incidence angle, it was found that the addition of an inclined part to a noise mitigation structure at-grade would affect the mean nett pressure coefficients on the vertical part, and that the extent of this effect depends on the length of the inclined part itself. The magnitudes of the mean nett pressure coefficients for both the vertical part and the inclined part of noise mitigation structure at-grade tended to increase with length of inclined part. Finally, a comparison with the wind load code British/European Standard BS EN 1991-1-4:2005 was made and the envelope of the mean nett pressure coefficients of the noise mitigation structures was given for design purposes. The current research should be helpful to improve current wind codes by providing more reasonable wind pressure coefficients for different configurations of noise mitigation structures.
In the current code design, the use of a uniform internal pressure coefficient of cooling towers as internal suction cannot reflect the 3D characteristics of flow field inside the tower body with different ventilation rate of shutters. Moreover, extreme weather such as heavy rain also has a direct impact on aerodynamic force on the internal surface and changes the turbulence effect of pulsating wind. In this study, the world's tallest cooling tower under construction, which stands 210m, is taken as the research object. The algorithm for two-way coupling between wind and rain is adopted. Simulation of wind field and raindrops is performed iteratively using continuous phase and discrete phase models, respectively, under the general principles of computational fluid dynamics (CFD). Firstly, the rule of influence of 9 combinations of wind speed and rainfall intensity on the volume of wind-driven rain, additional action force of raindrops and equivalent internal pressure coefficient of the tower body is analyzed. The combination of wind velocity and rainfall intensity that is most unfavorable to the cooling tower in terms of distribution of internal pressure coefficient is identified. On this basis, the wind/rain loads, distribution of aerodynamic force and working mechanism of internal pressures of the cooling tower under the most unfavorable working condition are compared between the four ventilation rates of shutters (0%, 15%, 30% and 100%). The results show that the amount of raindrops captured by the internal surface of the tower decreases as the wind velocity increases, and increases along with the rainfall intensity and ventilation rate of the shutters. The maximum value of rain-induced pressure coefficient is 0.013. The research findings lay the basis for determining the precise values of internal surface loads of cooling tower under extreme weather conditions.
A method for analyzing the coupled wind-vehicle-bridge system is proposed that also considers the shielding effect of the bridge tower with triangular wind barriers. The static wind load and the buffeting wind load for both the bridge and the vehicle are included. The shielding effects of the bridge tower and the triangular wind barriers are incorporated by taking the surface integral of the wind load. The inter-history iteration is adopted to solve the vehicle-bridge dynamic equations with time-varying external loads. The results show that after installing the triangular wind barriers in the area of the bridge tower, the bridge response and the vehicle safety factors change slightly. The peak value of the train car body acceleration is significantly reduced when the wind barrier size is increased.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.9
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pp.9-17
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2003
In this paper, the weight tare calculation method including translation of initial loads is proposed to remove the internal balance component readings due to model weight. If the balance calibration equations are applied directly to the wind-on data without taking account these initial loads, then incorrect data will be obtained for all wind-on data calculations. The calculated model weights were compared with the actual model weights to verify the reliability of the proposed calculation technique. Also, discussions of the effects of the initial loads are given.
Han, Wanshui;Ma, Lin;Cai, C.S.;Chen, Suren;Wu, Jun
Wind and Structures
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v.20
no.2
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pp.249-274
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2015
Long-span cable-stayed bridges exhibit some features which are more critical than typical long span bridges such as geometric and aerodynamic nonlinearities, higher probability of the presence of multiple vehicles on the bridge, and more significant influence of wind loads acting on the ultra high pylon and super long cables. A three-dimensional nonlinear fully-coupled analytical model is developed in this study to improve the dynamic performance prediction of long cable-stayed bridges under combined traffic and wind loads. The modified spectral representation method is introduced to simulate the fluctuating wind field of all the components of the whole bridge simultaneously with high accuracy and efficiency. Then, the aerostatic and aerodynamic wind forces acting on the whole bridge including the bridge deck, pylon, cables and even piers are all derived. The cellular automation method is applied to simulate the stochastic traffic flow which can reflect the real traffic properties on the long span bridge such as lane changing, acceleration, or deceleration. The dynamic interaction between vehicles and the bridge depends on both the geometrical and mechanical relationships between the wheels of vehicles and the contact points on the bridge deck. Nonlinear properties such as geometric nonlinearity and aerodynamic nonlinearity are fully considered. The equations of motion of the coupled wind-traffic-bridge system are derived and solved with a nonlinear separate iteration method which can considerably improve the calculation efficiency. A long cable-stayed bridge, Sutong Bridge across the Yangze River in China, is selected as a numerical example to demonstrate the dynamic interaction of the coupled system. The influences of the whole bridge wind field as well as the geometric and aerodynamic nonlinearities on the responses of the wind-traffic-bridge system are discussed.
Journal of the Korean Institute of Rural Architecture
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v.20
no.1
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pp.19-26
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2018
The roof improvement project is being carried out under the government's leadership for the sake of national welfare. The project is to replace the asbestos slate roof with a metallic one. In this study, the structural safety of the improved roof was examined and the project guidelines were reviewed. The causes of the roof damage were investigated and the structural analysis was performed for the roof frame subject to wind and snow loads. Metallic roof assemblies have higher strength and load resistance capability than usual slate ones, so the structural safety is governed by the frame. The stresses of the roof frame elements caused by the wind and snow loads were analyzed according to roof frame with various spacings between the rafters and the purlins. Wind load analysis was performed by 24, 28, and 38 m/sec of the basic wind speed. Snow load analysis was carried out by 0.5, 1.0 and $2.0kN/m^2$ of the ground snow load. As the analysis result, the current spacing and the size of the lumber did not satisfy the Korean building code specification. To secure the safety of the roof improvement project, the spacing of the roof frame elements and the size of the lumber should be determined based on the analysis results by structural engineers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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