The foundation of offshore wind energy system is generally assumed to be fixed-ended in system analysis for the convenience of calculation and, correspondingly, it might lead a conservative design. If soil-foundation interaction get involved with the analysis, the system characteristics such as natural frequency, shear force, moment and displacement are expected to differ from those of fixed-ended case. In this study, the analysis have been conducted to identify how the response of offshore wind turbine varies upon considering the foundation flexibility with soil-foundation interaction. The model taking account of the flexibility of foundation was compared with fixed-ended model at the seabed. The flexibilities of foundation were obtained by coupled spring model at the seabed and Winkler Spring Model with soil depth. As a result, the first mode of the whole system with the Winkler Spring Model was decreased relative to that with the fixed-ended model. The results showed that the effect of foundation flexibility should be considered when designing the offshore wind energy system.
In this study, the earthquake response of building structures with foundation uplift was investigated. The Winkler foundation model and two-spring model are widely used to represent the interaction between foundation mat and soil. While the analysis using the Winkler foundation model results in more accurate prediction, it requires a complex procedure and longer computation time. In this study, an equivalent two-spring model(S model) is proposed. The S model can represent the Winkler foundation model more accurately and the analysis using the S model is simpler and more effective. The S model is derived by simplifying the nonlinear moment-rotation relationship of foundation mat. The dynamic responses predicted by the S model gave a good agreement to those of the Winkler foundation model.
This study explores methods for modeling the foundation-seabed interaction needed for the load analysis of an offshore wind energy system. It comprises the comparison study of foundation design load analyses for NREL 5 MW turbine according to various soil-foundation interaction models by conducting the load analysis with GH-Bladed, analysis software for offshore wind energy systems. Furthermore, the results of the aforementioned load analysis were applied to foundation analysis software called L-Pile to conduct a safety review of the foundation cross-section design. Differences in the cross-section of a monopile foundation were observed based on the results of the fixed model, winkler spring and coupled spring models, and the analysis of design load cases, including DLC 1.3, DLC 6.1a, and DLC 6.2a. Consequently, under all design load conditions, the diameter and thickness of the monopile foundation cross-section were found to be 7 m and 80 mm, respectively, using the fixed and coupled spring models; the results of the analysis conducted using the winkler spring model showed that the diameter and thickness of the monopile foundation cross-section were 5 m and 60 mm, respectively. The study found that the soil-foundation interaction modeling method had a significant impact on the load analysis results, which determined the cross-section of a foundation. Based on this study, it is anticipated that designing an offshore wind energy system foundation taking the above impact into account would reduce the possibility of a conservative or unconservative design of the foundation.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.4
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pp.245-253
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2020
In this study, natural frequencies are compared using several pile-soil interaction (PSI) models to evaluate the effects of each model on resonance safety checks for a monopile type of wind turbine structure. Base spring, distributed spring, and three-dimensional brick-shell models represented the PSIs in the finite element model. To analyze the effects of the PSI models on a natural frequency, after a stiffness matrix calculation and Winkler-based beam model for base spring and distributed spring models were presented, respectively; natural frequencies from these models were investigated for monopiles with different geometries and soil properties. These results were compared with those from the brick-shell model. The results show that differences in the first natural frequency of the monopiles from each model are small when the small diameter of monopile penetrates hard soil and rock, while the distributed spring model can over-estimate the natural frequency for large monopiles installed in weak soil. Thus, an appropriate PSI model for natural frequency analyses should be adopted by considering soil conditions and structure scale.
Ahn, Woo Cheul;Han, Taek Hee;Lim, Nam Hyoung;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.1
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pp.33-40
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2003
There are two basic concepts about concerning the buckling analysis of a buried pipe. One concept considers the soil around the pipe asn elastic continuum mediaum. The other concept holds that the pipe is sup ported by an elastic spring, which replaces the effects of the surrounding soil (the Winkler model). Theise buckling analysis is based on plane analysis, without considering the corrugation effect and the length effect. This paper thus presents a parametric study using the Finite Element Method (FEM) for the Winker model and proposes a buckling strength formula after examining a 3D analysis considering the corrugation effect and the length effect, thatwhichhelp in estimating the critical buckling strength of such CSP
Kim, Pyoung-Hwa;Kang, Sung-Yong;Lee, Yun-Woo;Kang, Young-jong
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.4
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pp.734-742
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2016
Global warming and the depletion of fossil fuels have been caused by decades of reckless development. Wind energy is one form of renewable energy and is considered a future energy source. The wind tower is designed with a fundamental frequency in the soft-stiff design between the 1P and 3P range to avoid resonance. Usually, to perform natural frequency analysis of a wind tower, the boundary condition is set to the Fixed-End, and soil-pile interaction is not considered. In this study, consideration of the effect of soil-pile interaction on the wind tower was included and the difference in the natural frequency was studied. The fixed boundary condition was not affected by the soil condition and depth of the pile and the coupled spring boundary condition was unaffected by the depth of pile but affected by the depth of the pile, and the Winkler spring boundary condition is affected by both the soil condition and the depth of the pile. Therefore, the coupled spring boundary condition should be used in shallow depth soil conditions because the soil condition does not take the shallow depth soil into consideration.
PURPOSES : This paper evaluates, using LS/DYNA-3D software, the vehicle impact performance of flexible barriers made of steel W-Beam supported by four different types of post configurations. These types include circular post, H-shape post, C-shape post, and square post. METHODS : The post-soil interaction has been investigated according to different impact angles. For this purpose, energy absorption, maximum displacements of post and rail, and occupant risk index of THIV have been compared each other. The three dimensional soil material model, instead of the conventional spring model based on Winkler and p-y curve, has been used to increase the correctness of computational model. RESULTS : It is noted the crash energy absorption has been increased with respect to the increase of impact angle. CONCLUSIONS : In particular, a post with open section(H-shape, C-shape) shows the greater crash energy absorption capability as compared with a post with closed section under the same level of impact conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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