Stiffness-proportional foundation damping to linearise soil-monopile interaction models for wind turbines
Notice bibliographique
Résumé
The structural design of offshore wind turbines must account for numerous design load cases to capture various scenarios, including power production, parked conditions, and emergency or fault conditions under different environmental conditions. Given the stochastic nature of these external actions, deterministic analyses using characteristic values and safety factors, or Monte Carlo Simulations, are necessary. This process involves a large number of simulations, ranging from ten to a hundred thousand, to achieve a reliable and optimal structural design. To reduce computational complexity, practitioners can employ low-fidelity models where the soil-foundation system is either neglected or simplified using linear elastic models. However, medium to large cyclic soil-pile lateral displacements can induce soil hysteretic behaviour, potentially mitigating structural and foundation vibrations. A practical solution at the preliminary design stage entails using stiffness-proportional viscous damping to capture the damping generated by the soil-pile hysteresis. This paper investigates the efficacy of this simplified approach for the IEA 15 MW reference wind turbine on a large-diameter monopile foundation subjected to several operational and extreme wind speeds. The soil-pile interaction system is modelled through lateral and rotational springs in which a constant stiffness-proportional damping model is applied. The results indicate that the foundation damping generated by the nonlinear soil-pile interaction is significant and cannot be neglected. When fast analyses are required, the stiffness-proportional viscous damping model can be reasonably used to approximate the structural response of the wind turbine. This approach enhanced the accuracy of the computed responses, including the maximum bending moment at the mudline for ultimate limit design and damage equivalent loads for fatigue analysis, in comparison to methods that disregard foundation damping. • The stiffness-proportional foundation damping can be effectively used for simplified offshore wind turbine models. • A nonlinear translational and rotational soil-pile interaction model is calibrated for the IEA 15MW Reference Wind Turbine. • Key responses, such as mudline bending moment and Damage Equivalent Load, are strongly affected by the foundation damping. • Comparison between the nonlinear model and the linearized model demonstrates that foundation damping cannot be ignored. • Stiffness-proportional damping is a viable approach for preliminary design, reducing the computational demands.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».