Στατική Ανάλυση Και Ανάλυση Κόπωσης Πλωτής Πλατφόρμας Έδρασης Ανεμογεννήτριας

Μασούρας, Στυλιανός; Masouras, Stylianos

dc.contributor.author	Μασούρας, Στυλιανός	el
dc.contributor.author	Masouras, Stylianos	en
dc.date.accessioned	2018-02-28T11:34:14Z
dc.date.issued	2018-02-28
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46603
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7983
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Εφαρμοσμένη Μηχανική”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Πλωτή Πλατφόρμα	el
dc.subject	Στατική Ανάλυση	el
dc.subject	Ιδιομορφική Ανάλυση	el
dc.subject	Κόπωση	el
dc.subject	Ανεμογεννήτριες	el
dc.subject	Floating Platform	en
dc.subject	Static Analysis	en
dc.subject	Modal Analysis	en
dc.subject	Fatigue	en
dc.subject	Wind Turbines	en
dc.title	Στατική Ανάλυση Και Ανάλυση Κόπωσης Πλωτής Πλατφόρμας Έδρασης Ανεμογεννήτριας	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΠΛΩΤΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ	el
heal.classification	Ανάλυση Των Κατασκευών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/75b37b58c23e08aa50a76490882508f7553dde11
heal.dateAvailable	2019-02-27T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-02-15
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η στατική ανάλυση μιας πλωτής πλατφόρμας πάνω στην οποία εδράζεται η πρότυπη ανεμογεννήτρια DTU 10 MW και ο έλεγχος των συνδέσεων των μελών του φέροντος οργανισμού της πλατφόρμας σε κόπωση. Έχοντας ως δεδομένα τη γεωμετρία της πλατφόρμας και τις διατομές των μελών της, προχωρήσαμε στη στατική ανάλυση της με σκοπό την εύρεση της εντατικής και παραμορφωσιακής κατάστασης της πλατφόρμας. Παράλληλα, μέσω της ανάλυσης της κατασκευής σε κόπωση, ελέγξαμε την επάρκεια των συγκολλητών συνδέσεων της πλατφόρμας έναντι κόπωσης. Η στατική ανάλυση της πλωτής πλατφόρμας καθώς επίσης η ανάλυση της κατασκευής έναντι κόπωσης πραγματοποιήθηκαν με χρήση του προγράμματος Sap 2000 version 19 ενώ η αεροελαστική ανάλυση της ανεμογεννήτριας έγινε με το λογισμικό hGAST. Στο πρώτο κεφάλαιο της μεταπτυχιακής εργασίας, γίνεται ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη της αιολικής ενέργειας και των υπεράκτιων αιολικών πάρκων ενώ παράλληλα παρουσιάζονται στατιστικά στοιχεία που αφορούν τη χρήση της αιολικής ενέργειας. Επίσης, αναλύονται οι διαφορετικοί τύποι των ανεμογεννητριών και περιγράφεται αναλυτικά η δομή των ανεμογεννητριών οριζόντιου άξονα. Στο τέλος του κεφαλαίου, γίνεται αναφορά στους διαφορετικούς τύπους φορέων που χρησιμοποιούνται για την έδραση των υπεράκτιων ανεμογεννητριών. Στο δεύτερο κεφάλαιο, παρουσιάζεται η γεωμετρία της πλωτής πλατφόρμας καθώς επίσης οι διατομές και τα υλικά των μελών της. Στη συνέχεια, περιγράφεται η προσομοίωση των μελών του φέροντος οργανισμού της πλατφόρμας στο πρόγραμμα SAP 2000 v19 με τη χρήση γραμμικών στοιχείων και πεπερασμένων στοιχείων τύπου κελύφους. Τέλος, αναφέρεται ο τρόπος προσομοίωσης των στηρίξεων της πλατφόρμας και της φόρτισης που προέρχεται από το ίδιο βάρος του έρματος, το οποίο τοποθετείται στο εσωτερικό των πυλώνων οπλισμένου σκυροδέματος της πλατφόρμας για τη ρύθμιση της βύθισης της. Στο τρίτο κεφάλαιο της εργασίας, αναφέρονται αρχικά οι τρόποι δημιουργίας των κυματισμών και οι κυριότερες κατηγορίες των τελευταίων. Στη συνέχεια, παρατίθενται οι θεωρίες που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση της συμπεριφοράς των κυματισμών και τα όρια εφαρμογής τους ενώ γίνεται λεπτομερής παρουσίαση της γραμμικής θεωρίας κυματισμών του Airy (θεωρία Stokes 1ης τάξης). Επίσης, παρουσιάζεται η εξίσωση Morison, η οποία χρησιμοποιείται για την επιβολή υδροδυναμικών δυνάμεων σε κυλινδρικούς πυλώνες. Στο τέλος του κεφαλαίου, αναφέρονται τα χαρακτηριστικά του κυματισμού που χρησιμοποιήθηκε για τη στατική ανάλυση της πλατφόρμας και παρουσιάζονται τα αντίστοιχα πεδία ταχυτήτων, επιταχύνσεων και πιέσεων που οφείλονται στο συγκεκριμένο κυματισμό. Στο τέταρτο κεφάλαιο, περιγράφονται οι κατηγορίες των υπεράκτιων ανεμογεννητριών και αναφέρονται τα χαρακτηριστικά της πρότυπης ανεμογεννήτριας DTU 10 MW. Ακόμα, περιγράφονται οι φορτίσεις ανέμου και κύματος που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση της ανεμογεννήτριας με το λογισμικό hGAST και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης. Τα αποτελέσματα αυτά αφορούν τις μέγιστες τιμές των εντατικών μεγεθών στη βάση του πύργου της ανεμογεννήτριας και στη συνέχεια εισάγονται στο πρόγραμμα SAP 2000 v19 για τη στατική ανάλυση της πλωτής πλατφόρμας. Στο πέμπτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της στατικής και ιδιομορφικής ανάλυσης της πλατφόρμας με το λογισμικό SAP 2000 v19. Πιο συγκεκριμένα, απεικονίζεται η κατανομή των τάσεων στα μέλη και τις συνδέσεις του φέροντος οργανισμού της πλατφόρμας και παρατίθενται οι τιμές των αξονικών δυνάμεων με τις οποίες καταπονούνται τα ραβδωτά στοιχεία της πλατφόρμας. Τέλος, παρουσιάζονται οι ιδιοπερίοδοι ταλάντωσης της πλωτής πλατφόρμας και οι αντίστοιχες ιδιομορφές ταλάντωσης της. Στο έκτο κεφάλαιο, περιγράφεται αρχικά το φαινόμενο της κόπωσης, ο τρόπος εμφάνισης του στα συγκολλητά μέλη των κατασκευών καθώς επίσης και τα στάδια διάδοσης της ρωγμής λόγω κόπωσης. Στη συνέχεια, αναλύεται η μεθοδολογία με βάση την οποία ελέγξαμε τις συνδέσεις των μελών του φέροντος οργανισμού της παλφόρμας σε κόπωση. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα που αφορούν τους συντελεστές συσσώρευσης φθοράς σε κόπωση για τις συγκολλητές συνδέσεις της πλωτής πλατφόρμας. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε μετά την ολοκλήρωση της στατικής και ιδιομορφικής ανάλυσης της πλατφόρμας και του ελέγχου των συγκολλητών συνδέσεων των μελών της πλατφόρμας έναντι κόπωσης.	el
heal.abstract	This master thesis deals with the static analysis of a semisubmersible platform that supports the DTU 10 MW reference wind turbine and the fatigue assessment of the welded connections between the platform's members. Taking into account the geometry of the platform and the sections of its members, we perform the static analysis of the structure in order to calculate the stress and strain condition of the platform. Furthermore, the fatigue assessment of the platform's welded connections enable us to calculate their fatigue life. We must also note that the static and fatigue analysis of the floating platform were performed by using the software SAP 2000 version 19, whereas the analysis of the wind turbine was performed by the software hGAST. In the first chapter of this thesis, we display the historical evolution of wind energy and offshore wind parks and also the statistical data concerning the use of wind energy. What is more, we present the different types of wind turbines as well as the parts that the horizontal axes wind turbines are composed of. Finally, we present the different types of structures which are used for the support of offshore wind turbines. In the second chapter, we present the geometry of the floating platform as well as the sections and the materials of the platform's members. What is more, we describe how we model in SAP 2000 v19 the members of the structure by using frame elements and shell type finite elements. Finally, we refer to the way that we simulated the supports of the platform and also the self weight loading of the ballast that is placed inside the reinforced concrete pylons. In the third chapter, we present the different categories of waves and the factors that create them. Moreover, we display the theories that are used for the simulation of waves' behavior and the limits of their application and we also make a detailed presentation of the linear wave theory of Airy (Stokes 1st order theory). Furthermore, we present the Morison equation which is used for the calculation of the circular pylons' hydrodynamic loading. At the end of the chapter, we refer to the characteristics of the wave that we used for the static analysis of the platform and we show the relevant fields of velocity, acceleration and pressure. In the fourth chapter, we present the different categories of offshore wind turbines and the characteristics of the DTU 10 MW reference wind turbine. We also describe the wind and wave load cases that we used for the analysis of the wind turbine by the software hGAST and we present the results from this analysis. These results refer to the maximum values of the internal forces and moments at the base of the wind turbine tower and finally they are imported in the software SAP 2000 v19 for the static analysis of the floating platform. In the fifth chapter, we present the results from the static and modal analysis of the platform, which were performed by the software SAP 2000 v19. We also show the distribution of stresses throughout the structure and we present the values of the inclined and horizontal rods' axial forces. Finally, we display the eigen periods and the eigen modes of the floating structure. In the sixth chapter, we describe the phenomenon of fatigue in materials, the mechanisms that lead to the fatigue failure of welded structural members and the different stages of crack growth due to fatigue. Moreover, we analyze the methodology that we used for the fatigue assessment of the structure's connections. Finally, we present the results concerning the cumulative fatigue damage factors of the platform's welded connections. In the seventh chapter, we present the conclusions that we have reached after performing the static and modal analysis of the floating structure and the fatigue assessment of its members' welded connections.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.advisorName	Σπηλιόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.committeeMemberName	Σπηλιόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Θεοτόκογλου, Ευστάθιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	136 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true