Based on translation models, both Gaussian and non-Gaussian wind fields are generated using spectral representation method for investigating the influence of non-Gaussian characteristics and directivity effect of wind load on fatigue damage of wind turbine. Using the blade aerodynamic model and multi-body dynamics, dynamic responses are calculated. Using linear damage accumulation theory and linear crack propagation theory, crack initiation life and crack propagation life are discussed with consideration of the joint probability density distribution of the wind direction and mean wind speed in detail. The result shows that non-Gaussian characteristics of wind load have less influence on fatigue life of wind turbine in the area with smaller annual mean wind speeds. Whereas, the influence becomes significant with the increase of the annual mean wind speed. When the annual mean wind speeds are 7 m/s and 9 m/s at hub height of 90 m, the crack initiation lives under softening non-Gaussian wind decrease by 10% compared with Gaussian wind fields or at higher hub height. The study indicates that the consideration of the influence of softening non-Gaussian characteristics of wind inflows can significantly decrease the fatigue life, and, if neglected, it can result in non-conservative fatigue life estimates for the areas with higher annual mean wind speeds.
Many potential small wind turbine locations are near obstacles such as buildings and shelterbelts, which can have a significant, detrimental effect on the local wind climate. A neural network-based model has been developed which predicts mean wind speed and turbulence intensity at points in an obstacle's region of influence, relative to unsheltered conditions. The neural network was trained using measurements collected in the wakes of 18 scale building models exposed to a simulated rural atmospheric boundary layer in a wind tunnel. The model obstacles covered a range of heights, widths, depths, and roof pitches typical of rural buildings. A field experiment was conducted using three unique full scale obstacles to validate model predictions and wind tunnel measurements. The accuracy of the neural network model varies with the quantity predicted and position in the obstacle wake. In general, predictions of mean velocity deficit in the far wake region are most accurate. The overall estimated mean uncertainties associated with model predictions of normalized mean wind speed and turbulence intensity are 4.9% and 12.8%, respectively.
Wind tunnel tests are conducted to investigate the wind loads on vertical fixed-roof cylindrical tanks with a very low aspect ratio of 0.275, which is a typical ratio for practical tanks with a volume of $100,000m^3$. Both the flat-roof tank and the dome-roof tank are investigated in present study. The first four moments of the measured wind pressure, including the mean and normalized deviation pressure, kurtosis and skewness of the pressure signal, are obtained to study the feature of the wind loads. It is shown that the wind loads are closely related to the behavior of flow around the structure. For either tank, the mean wind pressures on the cylinder are positive on the windward area and negative on the sides and the wake area, and the mean wind pressures on the whole roof are negative. The roof configurations have no considerable influence on the mean pressure distributions of cylindrical wall in general. Highly non-Gaussian feature is found in either tank. Conditional sampling technique, envelope method, and the proper orthogonal decomposition (POD) analysis are employed to investigate the characteristics of wind loads on the cylinder in more detail. It is shown that the patterns of wind pressure obtained from conditional sampling are similar to the mean pressure patterns.An instantaneous pressure coefficient can present a wide range from the maximum value to the minimum value. The quasi-steady assumption is not valid for structures considered in this paper according to the POD analysis.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.1
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pp.65-72
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2016
Aerodynamic performance of solar wing system has been evaluated through wind tunnel test. The test model has 12 panels, each supported by 2 cables. The panels were installed horizontally flat, and gaps between panels were set constant. Sag ratios of 2% and 5%, and wind directions between $0^{\circ}$ and $90^{\circ}$ were considered. Mass of test model was determined considering the mass of full scale model, and Froude number and Elastic parameter were satisfied by adjusting the mean wind speed. From the wind tunnel test, it was found that the aerodynamic performance of the solar wing system is very dependent on the wind directions and sag ratios. When the sag was 2%, the fluctuating displacements between the wind directions of $0^{\circ}$ and $30^{\circ}$ increase proportionally to the square of the mean wind speed, implying buffeting-like vibration and a sudden increase in fluctuating displacement was found at large mean wind speed for the wind directions larger than $40^{\circ}$. When the wind direction was larger than $60^{\circ}$, a sudden increase was found both at low and large mean wind speed. When the sag ratio is 5%, distribution of mean displacements is different from that of sag ratio of 2%, and the fluctuating displacements show very different trend from that of sag ratio of 2%.
Interest in new and renewable energies like solar energy and wind energy is increasing throughout the world due to the rapidly expanding energy consumption and environmental reasons. An essential requirement for wind force power generation is estimating the size of wind energy accurately. Wind energy is estimated usually using meteorological data or field measurement. This study attempted to estimate wind energy density using meteorological data on daily mean wind speed and the Weibull parameters in Seoul, a representative inland city where over 60% of 15 story or higher apartments in Korea are situated, and Busan, Incheon, Ulsan and Jeju that are major coastal cities in Korea. According to the results of analysis, the monthly mean probability density distribution based on the daily mean wind speed agreed well with the monthly mean probability density distribution based on the Weibull parameters. This finding suggests that the Weibull parameters, which is highly applicable and convenient, can be utilized to estimate the wind energy density distribution of each area. Another finding was that wind energy density was higher in coastal cities Busan and Incheon than in inland city Seoul.
Due to shortage of land and architectural aesthetics, sometimes the buildings are constructed as unconventional in plan. The wind force acts differently according to the plan shape of the building. So, it is of utter importance to study wind force or, more specifically wind pressure on an unconventional plan shaped tall building. To address this issue, this paper demonstrates a comprehensive study on mean pressure coefficient of 'E' plan shaped tall building. This study has been carried out experimentally and numerically by wind tunnel test and computational fluid dynamics (CFD) simulation respectively. Mean wind pressures on all the faces of the building are predicted using wind tunnel test and CFD simulation varying wind incidence angles from $0^{\circ}$ to $180^{\circ}$ at an interval of $30^{\circ}$. The accuracy of the numerically predicted results are measured by comparing results predicted by CFD with experimental results and it seems to have a good agreement with wind tunnel results. Besides wind pressures, wind flow patterns are also obtained by CFD for all the wind incidence angles. These flow patterns predict the behavior of pressure variation on the different faces of the building. For better comparison of the results, pressure contours on all the faces are also predicted by both the methods. Finally, polynomial expressions as the sine and cosine function of wind angle are proposed for obtaining mean wind pressure coefficient on all the faces using Fourier series expansion. The accuracy of the fitted expansions are measured by sum square error, $R^2$ value and root mean square error.
Wind load acting on a standalone structure is different from that acting on a similar structure which is surrounded by other structures in close proximity. The presence of other structures in the surrounding can change the wind flow regime around the principal structure and thus causing variation in wind loads compared to a standalone case. This variation on wind loads termed as interference effect depends on several factors like terrain category, geometry of the structure, orientation, wind incident angle, interfering distances etc., In the present study, a three building configuration is considered and the mean pressure coefficients on each face of principle building are determined in presence of two interfering buildings. Generally, wind loads on interfering buildings are determined from wind tunnel experiments. Computational fluid dynamic studies are being increasingly used to determine the wind loads recently. Whereas, wind tunnel tests are very expensive, the CFD simulation requires high computational cost and time. In this scenario, Artificial Neural Network (ANN) technique and Support Vector Regression (SVR) can be explored as alternative tools to study wind loads on structures. The present study uses these data-driven approaches to predict mean pressure coefficients on each face of principle building. Three typical arrangements of three building configuration viz. L shape, V shape and mirror of L shape arrangement are considered with varying interfering distances and wind incidence angles. Mean pressure coefficients (Cp mean) are predicted for 45 degrees wind incidence angle through ANN and SVR. Further, the critical faces of principal building, critical interfering distances and building arrangement which are more prone to wind loads are identified through this study. Among three types of building arrangements considered, a maximum of 3.9 times reduction in Cp mean values are noticed under Case B (V shape) building arrangement with 2.5B interfering distance. Effect of interfering distance and building arrangement on suction pressure on building faces has also been studied. Accordingly, Case C (mirror of L shape) building arrangement at a wind angle of 45º shows less suction pressure. Through this study, it was also observed that the increase of interfering distance may increase the suction pressure for all the cases of building configurations considered.
The effect of mean angle of wind attack on the flutter critical wind speed of two generic bridge deck cross-sections, viz, one closed box type streamlined section (deck-1) and closed box trapezoidal bluff type section with extended flanges/overhangs (deck-2) type of section have been studied using Computational Fluid Dynamics (CFD) based forced vibration simulation method. Owing to the importance of the effect of the amplitude of forcing oscillation on the flutter onset, its effect on the flutter derivatives and flutter onset have been studied, especially at non-zero mean angles of wind attack. The flutter derivatives obtained have been used to evaluate flutter critical wind speeds and flutter index of the deck sections at non-zero mean angles of wind attack studied and the same have been validated with those based on experimental results reported in literature. The value of amplitude of forcing oscillation in torsional degree of freedom for CFD based simulations is suggested to be in the range of 0.5° to 2°, especially for bluff bridge deck sections. Early onset of flutter from numerical simulations, thereby conservative estimate of occurrence of instability has been observed from numerical simulations in case of bluff bridge deck section. The study aids in gaining confidence and the extent of applicability of CFD during early stages of bridge design, especially towards carrying out studies on mean incident wind effects.
The seasonal mean wind direction and wind speed in a greater coasting area are investigated using the ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) data for 11 years from 1985 to 1995. In winter, the main wind direction in Korea and vicinity, Taiwan and vicinity, and the North Pacific Ocean of middle latitudes is a northwesterly wind, northeasterly wind, and westerly wind respectively. The wind speed is strongest in the East China Sea, the South China Sea, and the North Pacific Ocean of low latitudes(Beaufort wind scale 5-6). A distribution pattern of wind direction in spring and fall is similar to that in winter. Seasonal mean wind speed is strongest in winter and the next is fall. The wind speed in summer is generally weak. However, that in the Indochina and vicinity is strong by the influence of Asian monsoon.
For the comparisons of dental archs and crowdings between musical wind instrument players groups and non-wind instrument players groups, 64 male wind instrument players and 31 non-wind instrument players group were selected. The results of the measurements were as follow. 1 Upper intercanine widths, upper basal arch widths, lower basal arch widths were statistically significant between musical wind instrument players groups (Class A, Class B) and non-wind musical instrument players group. 2 The mean value of upper intercanine width m Class A ($373{\pm}2.3mm$) was greater than than in Class B ($362{\pm}17mm$) and non-wind musical instrument players group($360{\pm}16mm$) 3 The mean value of lower basal arch width m Class B ($422{\pm}25mm$) was greater than that in non wind instrument players group ($395{\pm}28mm$). 4 The differences in the mean values of crowdings between Class A and Class Band non-wind instrument players group were not statistically significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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