Practical non-synoptic fluctuating wind often exhibits nonstationary features and should be modeled as nonstationary random processes. Generally, the coherence function of the fluctuating wind field has time-varying characteristics. Some studies have shown that there is a big difference between the fluctuating wind field of the coherent function model with and without time variability. Therefore, it is of significance to simulate nonstationary fluctuating wind field with time-varying coherent function. However, current studies on the numerical simulation of nonstationary fluctuating wind field with time-varying coherence are very limited, and the proposed approaches are usually based on the traditional spectral representation method with low simulation efficiency. Especially, for the simulation of multi-variable wind field of large span structures such as transmission tower-line, not only the simulation is inefficient but also the matrix decomposition may have singularity problem. In this paper, it is proposed to conduct the numerical simulation of nonstationary fluctuating wind field in one-spatial dimension with time-varying coherence based on the wavenumber-frequency spectrum. The simulated multivariable nonstationary wind field with time-varying coherence is transformed into one-dimensional nonstationary random waves in the simulated spatial domain, and the simulation by wavenumber frequency spectrum is derived. So, the proposed simulation method can avoid the complicated Cholesky decomposition. Then, the proper orthogonal decomposition is employed to decompose the time-space dependent evolutionary power spectral density and the Fourier transform of time-varying coherent function, simultaneously, so that the two-dimensional Fast Fourier transform can be applied to further improve the simulation efficiency. Finally, the proposed method is applied to simulate the longitudinal nonstationary fluctuating wind velocity field along the transmission line to illustrate its performances.
Hyperbolic thin-shell cooling towers have complicated vibration modes, and are very sensitive to the effects of group towers and wind-induced vibrations. Traditional aero-elastic models of cooling towers are usually designed based on the method of stiffness simulation by continuous medium thin shell materials. However, the method has some shortages in actual engineering applications, so the so-called "equivalent beam-net design method" of aero-elastic models of cooling towers is proposed in the paper and an aero-elastic model with a proportion of 1: 200 based on the method above with integrated pressure measurements and vibration measurements has been designed and carried out in TJ-3 wind tunnel of Tongji university. According to the wind tunnel test, this paper discusses the impacts of self-excited force effect on the surface wind pressure of a large-scale cooling tower and the results show that the impact of self-excited force on the distribution characteristics of average surface wind pressure is very small, but the impact on the form of distribution and numerical value of fluctuating wind pressure is relatively large. Combing with the Complete Quadratic Combination method (hereafter referred to as CQC method), the paper further studies the numerical sizes and distribution characteristics of background components, resonant components, cross-term components and total fluctuating wind-induced vibration responses of some typical nodes which indicate that the resonance response is dominant in the fluctuating wind-induced vibration response and cross-term components are not negligible for wind-induced vibration responses of super-large cooling towers.
Misaligned wind-wave and seismic loading render offshore wind turbines suffering from excessive bi-directional vibration. However, most of existing research in this field focused on unidirectional vibration mitigation, which is insufficient for research and real application. Based on the authors' previous work (Sun and Jahangiri 2018), the present study uses a three dimensional pendulum tuned mass damper (3d-PTMD) to mitigate the nacelle structural response in the fore-aft and side-side directions under wind, wave and near-fault ground motions. An analytical model of the offshore wind turbine coupled with the 3d-PTMD is established wherein the interaction between the blades and the tower is modelled. Aerodynamic loading is computed using the Blade Element Momentum (BEM) method where the Prandtl's tip loss factor and the Glauert correction are considered. Wave loading is computed using Morison equation in collaboration with the strip theory. Performance of the 3d-PTMD is examined on a National Renewable Energy Lab (NREL) monopile 5 MW baseline wind turbine under misaligned wind-wave and near-fault ground motions. The robustness of the mitigation performance of the 3d-PTMD under system variations is studied. Dual linear TMDs are used for comparison. Research results show that the 3d-PTMD responds more rapidly and provides better mitigation of the bi-directional response caused by misaligned wind, wave and near-fault ground motions. Under system variations, the 3d-PTMD is found to be more robust than the dual linear TMDs to overcome the detuning effect. Moreover, the 3d-PTMD with a mass ratio of 2% can mitigate the short-term fatigue damage of the offshore wind turbine tower by up to 90%.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.3
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pp.97-104
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2012
In the design procedure of the cooling tower the form-finding of the shell is the most important process, because the shape of the shell determines the sensitivity of dynamic behaviour of the whole tower against wind excitation. In engineering practice, geometric parameters of the shell are generally determined based on natural frequency analysis. 32 cooling tower shell geometries were selected through variation of the geometric parameters of an existing cooling tower shell. They were evaluated based on the first natural frequency. From the result three representative cooling towers are selected for the analysis of the structural behaviour by means of linear FE-method. As a result, a hyperbolic rotational shell with the small radius overall will yield the shell geometry with a higher first natural frequency and thus a wind-insensitive structure.
Kim, Jong-Min;Chang, Jin-Won;Park, Jong-Sup;Kang, Young-Jong
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.337-340
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2008
There were two transmission tower collapses due to Typhoon 'Maemi' in 2003. The reason that a collapse was happened was excessive wind load. One was buckled in the leg part and the other was buckled in the middle bracing part. To investigate a steel transmission tower failure mechanism, 2nd order nonlinear analysis should be performed. Considering the effect of initial imperfection and theresidual stress of angle section during nonlinear analysis, this study can estimate the ultimate strength and the ultimate behavior of the transmission tower.
The "China Zun" tower in Beijing will rise to 528 meters in height and will be the tallest building in Beijing once built. Inspired by an ancient Chinese vessel, the "Zun", the plan dimensions reduce gradually from the bottom of the tower to the waist and then expand again as it rises to form an aesthetically beautiful and unique geometry. To satisfy the structural requirement for seismic and wind resistance, the structure is a dual system composed of a perimeter mega structure made of composite mega columns, mega braces, and belt trusses, and a reinforced-concrete core with steel plate-embedded walls. Advanced parametric design technology is applied to find the most efficient outer-perimeter structure system. The seismic design basically follows a mixed empirical and performance-based methodology that was verified by a shaking table test and other specimen lab tests. The tower is now half-way through its construction.
In this paper the ultimate strength of the R/C cooling towers, which have initial imperfection and pre-cracked elements, is analyzed. The initial geometric imperfections arise from the unavoidable inaccuracies under the construction and the pre-cracks are assumed to be produced by the temperature stress gradients or cyclic loading under wind pressure and/or earthquake load. Both effects are strongly influenced on the strength of the R/C cooling tower shell structures. The reinforcing ratio is also the important factor to evaluate the ultimate strength of the R/C cooling tower shells. However we could not analyze these structures experimentally because of their large, analyses are the powerful schemes to evaluate the safety and reliability of these structures. The analyzed model is Port Gibson cooling tower shell. In the numerical analysis the geometric and material nonlinearities are taken into account.
The paper treated the oscillation control of cargo rope and the position control of cart for a tower crane system by adopting the optimal regulator method. Since the tower crane has nonlinearity and it is very unstable when the cargo is mobiling, an insensitive control system with respect to oscillation of cargo rope and disturbance such as wind is required. In this paper, model equation of the tower crane is induced by using Lagrange equation and it is linearized at equilibrium point. The real time control of tower crane syste is implemented by 16bits microcomputer with A/D and D/A convetters to illustrate the application of the adopted optimal desgn method.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.2
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pp.47-54
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2016
It is very important to calculate natural frequency of the observatory tower correctly because it is keenly affected by wind response vibration due to its large slenderness ratio, weight and small damping ratio. Additionally, suggestion equation of natural frequency being used in the design phase has considerable difference between actual measured value thereby making it inappropriate to be used in the serviceability design of the observatory tower. Therefore, this paper conducted an ambient vibration measuring on 10 observatory towers through mobile-phone application thereby calculating the natural frequency and comparing the result with the domestic and foreign standards and that of the eigen-value analysis. This paper suggested approximate equation of the natural frequency of the observatory tower; T=0.0266H. The square of the corelation coefficient is 0.940, which is high.
There were two transmission tower collapses due to Typhoon 'Maemi' in 2003. The reason that a collapse was happened was excessive wind load. One was buckled in the leg part and the other was buckled in the middle bracing part. To investigate a steel transmission tower failure mechanism, 2nd order nonlinear analysis should be performed. Considering the effect of initial imperfection and theresidual stress of angle section during nonlinear analysis, this study can estimate the ultimate strength and the ultimate behavior of the transmission tower.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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