مشخصات پژوهش

عنوان	پاسخ بار باد، موج و زلزله بر توربین بادی دریایی در مونوپایل ها در خاک ماسه ای
نوع پژوهش	پایان نامه
کلیدواژه‌ها	مونوپایل؛ توربین های بادی فراساحلی؛ بارگذاری توأم باد، موج و زلزله؛ OpenSees
چکیده	با گذشت سال‌ها استفاده از انرژی‌های فسیلی، در حال حاضر استفاده از انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر رشد روزافزونی دارد. توربین های بادی فراساحلی یکی از شیوه های بهره‌مندی از انرژی‌های پاک است. با توجه به اینکه بخش قابل توجهی از هزینه ساخت مزارع بادی به زیرسازه توربین ها مربوط می شود، شناخت رفتار مکانیکی این زیرسازه به منظور طراحی اقتصادی ضروری است. مونوپایل یک لوله فولادی قطور است که در ادامه بدنه برج با استفاده از روش‌های کوبشی به درون بستر دریا راه پیدا می‌کند و در مقابل بارهای محیطی ناشی از باد، زلزله و امواج دریا مقاومت می کند. حدود 80 درصد توربین های بادی فراساحلی بر روی مونوپایل احداث شده اند. در این پژوهش به بررسی پاسخ‌های دینامیکی توربین بادی فراساحلی بر روی مونوپایل در خاک ماسه‌ای اشباع تحت بار باد، موج و زلزله به طور مجزا و توأما پرداخته شد. برج و مونوپایل با استفاده از المان سه بعدی ورق با رفتار ارتجاعی و خاک با المان آجری شکل که قابلیت اندازه گیری اضافه فشار آب حفره ای را دارد مدل سازی شده است. مدل رفتاری خاک بر پایه ی چند صفحه ای دراکر-پراگر در نظر گرفته ‎شد. با توجه به وقوع رویدادهای طبیعی باد، موج و زلزله به صورت هم‌زمان در دریاها، بررسی رفتار مونوپایل‌ها تحت اثر توأم آن‌ها نیز الزامی است. در پژوهش پیش رو بار باد با کمک تابع چگالی طیفی و تحت سرعت‌های مختلف محاسبه و به پره و برج توربین اعمال شد. برای شبیه‌سازی امواج تصادفی از طیف پیرسون-موسکوویتز و محاسبه نیروی امواج دریا بر بدنه مونوپایل از تئوری پراش استفاده شد. مدل‌های مورد بررسی به صورت سه‌بعدی شبیه سازی شده و به کمک زبان برنامه نویسی TCL نوشته شده است و با استفاده از نرم‌افزار متن باز OpenSees، تحلیل شدند. تأثیرات چندین پارامتر مانند سرعت باد، ضریب القایی، ارتفاع موج، پریود موج، نوع خاک، محتوای فرکانسی و بیشینه شتاب زلزله بر روی پاسخ‌های دینامیکی سیستم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش سرعت باد پاسخ های سیستم به مقدار قابل ملاحظه ای افزایش می یابند و افزایش پریود موج تا 5 ثانیه منجر به افزایش پاسخ ها و بعد از آن باعث کاهش پاسخ های سیستم می شود. همچنین بررسی ها نشان می دهد در ترکیب بار موج با یک زلزله قوی عمده پاسخ های سیستم ناشی از بار زلزله خواهد بود و تأثیر موج ناچیز است و چنانچه موج از شدت کمی برخوردار باشد منجر به کاهش جابجایی برج و مونوپایل می شود. همچنین پاسخ های سیستم تحت بارگذاری توأم باد، موج و زلزله در قیاس با اعمال هر کدام از بارها به صورت مجزا، به مقدار قابل ملاحظه ای بیشتر می باشد. چنانچه در این ترکیب بار، بار زلزله از شدت کمی برخوردار باشد پاسخ های حاصل شده عمدتا ناشی از بار باد می باشد. بنابراین لازم است ترکیبی از بار باد، موج و زلزله در طراحی توربین بادی فراساحلی در نظر گرفته شود.
پژوهشگران	علی عسگری (استاد راهنما)، سیده فاطمه احمدتبار سرخی (دانشجو)