This study aims to evaluate the dynamic responses of the jacket-type offshore wind turbine using FAST software (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence). A systematic series of simulation cases of a 5 MW jacket-type offshore wind turbine, including wind-only, wave-only, wind & wave load cases are conducted. The dynamic responses of the wind turbine structure are obtained, including the structure displacement, rotor speed, thrust force, nacelle acceleration, bending moment at the tower bottom, and shear force on the jacket leg. The calculated time-domain results are transformed to frequency domain results using FFT and the environmental load with more impact on each dynamic response is identified. It is confirmed that the dynamic displacements of the wind turbine are dominant in the wave frequency under the incident wave alone condition, and the rotor thrust, nacelle acceleration, and bending moment at the bottom of the tower exhibit high responses in the natural frequency band of the wind turbine. In the wind only condition, all responses except the vertical displacement of the wind turbine are dominant at three times the rotor rotation frequency (considering the number of blades) generated by the wind. In a combined external force with wind and waves, it was observed that the horizontal displacement is dominant by the wind load. Additionally, the bending moment on the tower base is highly affected by the wind. The shear force of the jacket leg is basically influenced by the wave loads, but it can be affected by both the wind and wave loads especially under the turbulent wind and irregular wave conditions.
This paper presents an effective damage detection method for offshore jackets using natural frequency change ratios. Two parameters, cosine similarity and magnitude index, are considered to estimate the location and severity of the damage in the structure. A numerical jacket structure model is considered to verify the performance of the proposed method. As observed through analysis, the damages in the structure are detected accurately.
This thesis introduces a study conducted by ANSYS, Finite Element Analysis program, on dynamic behavior by thickness of a chord and a brace of a jacket typed marine structure. As load condition to work on offshore structures is getting much more various, it becomes more important to design the structures and operate them. In addition, stability is also required. As the result of this study, it was proved that wind and wave load gives more affection on frequency than on added mass in the Modal Analysis. Also, the chord and brace affect stiffness more than diagonal brace according to sensitivity analysis.
This paper investigates the impact of local joint flexibility (LJF) on the fatigue life of jacket-type offshore platforms. Four sample platforms with varying geometric properties are modeled and analyzed using the Opensees software. The analysis considers the LJF of tubular joints through the equivalent element and flexible link approaches, and the results are compared to rigid modeling. Initially, modal analysis is conducted to examine the influence of LJF on the frequency content of the structure. Subsequently, fatigue analysis is performed to evaluate the fatigue life of the joints. The comparison of fatigue life reveals that incorporating LJF leads to reduced fatigue damage and a significant increase in the longevity of the joints in the studied platforms. Moreover, as the platform height increases, the effect of LJF on fatigue damage becomes more pronounced. In conclusion, considering LJF in fatigue analysis provides more accurate results compared to conventional methods. Therefore, it is essential to incorporate the effects of LJF in the analysis and design of offshore jacket platforms to ensure their structural integrity and longevity.
Raheem, Shehata E Abdel;Aal, Elsayed M. Abdel;AbdelShafy, Aly G.A.;Fahmy, Mohamed F.M.;Mansour, Mahmoud H
Earthquakes and Structures
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제18권4호
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pp.407-421
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2020
In-place analysis for offshore platforms is essentially required to make proper design for new structures and true assessment for existing structures, in addition to the structural integrity of platforms components under the maximum and minimum operating loads when subjected to the environmental conditions. In-place analysis have been executed to check that the structural member with all appurtenance's robustness have the capability to support the applied loads in either storm or operating conditions. A nonlinear finite element analysis is adopted for the platform structure above the seabed and pile-soil interaction to estimate the in-place behavior of a typical fixed offshore platform. The SACS software is utilized to calculate the dynamic characteristics of the platform model and the response of platform joints then the stresses at selected members, as well as their nodal displacements. The directions of environmental loads and water depth variations have significant effects in the results of the in-place analysis behavior. The most of bending moment responses of the piles are in the first fourth of pile penetration depth from pile head level. The axial deformations of piles in all load combinations cases of all piles are inversely proportional with penetration depth. The largest values of axial soil reaction are shown at the pile tips levels (the maximum penetration level). The most of lateral soil reactions resultant are in the first third of pile penetration depth from pile head level and approximately vanished after that penetration. The influence of the soil-structure interaction on the response of the jacket foundation predicts that the flexible foundation model is necessary to estimate the force responses demands of the offshore platform with a piled jacket-support structure well.
In order to overcome the limitations of th 2D method regardless of the client's request, the application of BIM was reviewed to create hight-quality products using 3D models and various BIM information for offshore wind jacket-type structures. First, we defined the input value through analysis of the target structure and wrote an algorithm(script library) and library to complete the BIM model. Design review using geometry information based on th BIM model, usage for visualization drawings and quantity calculation were reviewed. For the purpose of initial review, only libraries with a limited number of subjects limitations on the scope of research were used. However, in the futrue, various libraries will be developed and research will be conducted to expand the scope of subjects.
가거초 해양과학기지 자켓 구조물 내 콘크리트를 배제하고 강재로만 이루어진 최적설계를 제시한다. 50년 재현주기 극한하중조건에서 허용응력 및 허용응력비 조건을 모두 만족하는 안전한 경량 설계를 목표하였다. 역할에 따라 부재를 세 그룹으로 나눈 설계 조건(Case-1)과 보다 세분화한 설계 조건(Case-2)에 대해 각 부재그룹별 현재 단면 두께 대비 두께 변화율을 설계변수로 설정한 유전 알고리즘을 통해 최적설계를 탐색하였다. 그 결과 Case-1의 결과로 현재 가거초 해양과학기지보다 약 217톤 더 가벼운 설계(OPT-1)를 찾았고, Case-2에서는 추가적으로 약 84톤을 경량화하여 현재 대비 약 45%의 무게를 절감한 설계(OPT-2)를 얻을 수 있었다. 결론적으로 레그 내 콘크리트 보강 없이도 극한조건에서 허용응력 및 허용응력비를 모두 만족시킬 수 있는 경량화된 가거초 해양과학기지 설계를 제시하였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권6호
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pp.624-640
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2017
In this paper, the slamming coefficients on local members of a jacket structure under plunging breaker are studied based on numerical simulations. A 3D numerical model is used to investigate breaking wave forces on the local members of the jacket structure. A wide range of breaking wave conditions is considered in order to get generalized slamming coefficients on the jacket structure. In order to make quantitative comparison between CFD model and experimental data, Empirical Mode Decomposition (EMD) is employed for obtaining net breaking wave forces from the measured response, and the filtered results are compared with the computed results in order to confirm the accuracy of the numerical model. Based on the validated results, the slamming coefficients on the local members (front and back vertical members, front and back inclined members, and side inclined members) are estimated. The distribution of the slamming coefficients on local members is also discussed.
The majority of tubular joints commonly found in offshore jacket structures are multi-planar. Investigating the effect of loaded out-of-plane braces on the values of the stress concentration factor (SCF) in offshore tubular joints has been the objective of numerous research works. However, due to the diversity of joint types and loading conditions, a number of quite important cases still exist that have not been studied thoroughly. Among them are internally ring-stiffened two-planar TT-joints subjected to axial loading. In the present research, data extracted from the stress analysis of 243 finite element (FE) models, verified against available numerical and experimental data, was used to study the effects of geometrical parameters on the chord-side SCFs in two-planar tubular TT-joints reinforced with internal ring stiffeners subjected to two types of axial loading. Parametric FE study was followed by a set of nonlinear regression analyses to develop six new SCF parametric equations for the fatigue analysis and design of axially-loaded two-planar TT-joints reinforced with internal ring stiffeners.
Through-the-thickness stress distribution in a tubular member has a profound effect on the fatigue behavior of tubular joints commonly found in steel offshore structures. This stress distribution can be characterized by the degree of bending (DoB). Although multi-planar joints are an intrinsic feature of offshore tubular structures and the multi-planarity usually has a considerable effect on the DoB values at the brace-to-chord intersection, few investigations have been reported on the DoB in multi-planar joints due to the complexity of the problem and high cost involved. In the present research, data extracted from the stress analysis of 243 finite element (FE) models, verified based on available parametric equations, was used to study the effects of geometrical parameters on the DoB values in two-planar tubular DYT-joints. Parametric FE study was followed by a set of nonlinear regression analyses to develop six new DoB parametric equations for the fatigue analysis and design of axially loaded two-planar DYT-joints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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