پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله فصلنامه علوم و مهندسی زلزله 2476-6097 10 3 2023 09 23 Numerical and Comparative Investigation of Dynamic and Seismic Behavior of Wind Turbine Towers by Finite Element Method بررسی عددی و مقایسه‌ای رفتار دینامیکی و لرزه‌ای برج‌ توربین‌ بادی به روش اجزای محدود 49 63 701347 10.48303/bese.2023.552790.1093 FA شهرام توکلی فریمانی دانش‌آموخته کارشناسی ارشد مهندسی عمران- زلزله، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران 0009-0001-1691-702X نعمت حسنی دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران حمید محمدنژاد استادیار، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران آیدین غزنوی اسکوئی استادیار، گروه پژوهشی انرژی‌های تجدیدپذیر، پژوهشگاه نیرو، تهران، ایران Journal Article 2022 08 17 Turning to clean energy is inevitable, among which wind energy is one of the most common and available. The<br />use of wind energy due to its known advantages over other renewable energies has caused the technology of wind<br />turbines to grow more, and this has led to the increase in the capacity of wind turbines and the commercialization of<br />larger sizes. By increasing the capacity of wind turbines, the size of the rotor and consequently the height of the<br />tower necessarily increase. Therefore, the design of wind turbine towers more goes complex day by day, and must<br />be done specifically on a case-by-case basis. For this purpose, wind turbines should be modeled completely with all<br />details. One of the most expensive parts of wind turbines is its tower. Considering the whole applied forces and<br />design criteria and fatigue base on the regulations and guidelines is necessary to achieve a safe performance. In<br />addition to these factors, in seismic prone areas the dynamic earthquake forces should be considered in analysis and<br />design of towers. Therefore, in this study, we have tried to study the seismic behavior of a real tower model in<br />comparison with other dynamic forces, in order to obtain the amount and manner of effect of each force. Standards<br />generally specify design load combinations for ultimate load and fatigue load analyses. The speed of 11 m/s is the<br />speed at which, according to the power generation diagram of the studied turbine, the speed of the turbine reaches its<br />maximum power, and it is assumed that the turbine will be installed in a site where the wind will be at this speed<br />most of the time, and the probability of earthquake occurrence at this speed is more than other modes.<br />Therefore, considering the emphasis on considering the earthquake force in seismic areas along with other forces<br />acting on the wind turbine in the new versions of the regulations in this field, and the seismicity of Iran, a<br />comparative analysis of seismic load with other forces acting on the wind turbine based on Standard GL, chapter 4,<br />Table 4.3.2 for turbulent wind of 11 m/s, in the state of zero deviation angle for the 2 MW national wind turbine of<br />Iran, with an 80-meter steel tower and a 55-meter 3-bladed rotor, in a complete and practical model, with the<br />modeling of the steel tower structure and concrete foundation and soil layers in the case construction. The comment<br />has been analyzed and investigated by the dynamic finite element numerical method using Abaqus software.<br />Considering the location of this wind turbine, with soil layers 6 meters deep, the maximum change in the location of<br />the tip of the tower by considering the seismic load increased by about 7%, but the significant increase in the<br />equivalent stress at the height of 50 meters of the tower, despite the low depth of soil layers. The lack of significant<br />acceleration of the earthquake from the rock bed to the earth's surface was obtained, amounting to 36%. Therefore,<br />the necessity for simultaneous consideration of earthquake load along with the wind load was well concluded. رو آوردن به انرژی‌های پاک امری اجتناب‌ناپذیر است، در این میان انرژی باد یکی از متداول‌ترین و در دسترس‌ترین آنهاست. استفاده از انرژی باد با توجه به مزیت‌های شناخته شده آن نسبت به سایر انرژی‌های تجدیدپذیر، باعث شده فنّاوری ساخت توربین‌های‌ بادی رشد بیشتری پیدا کند و همین امر علت افزایش ظرفیت توربین‌های بادی و تجاری شدن اندازه‎های بزرگ‌تر آن گردیده است. با افزایش ظرفیت توربین‌های بادی، الزاماً اندازه روتور و در نتیجه ارتفاع برج افزایش می‌یابد. عموماً استانداردها ترکیبات بار طراحی را برای تحلیل‌های بار نهایی و بار خستگی مشخص می‌کنند. سرعت 11 متر بر ثانیه سرعتی است که طبق نمودار تولید توان توربین مورد مطالعه، در آن سرعت توربین به توان حداکثر خود می‌رسد، از این‌رو فرض بر این است که توربین در سایتی نصب می‌شود که در اکثر اوقات در این سرعت باد خواهد بود و لذا احتمال وقوع زلزله در این سرعت بیش از سایر حالت‌ها می‌باشد. لذا با توجه به تأکید در نظرگیری نیروی زلزله در مناطق لرزه‌خیز همراه با سایر نیروهای وارد به توربین بادی در نسخه‌های جدید آیین‌نامه‌های مطرح در این زمینه و لرزه‌خیز بودن کشور ایران، تحلیل مقایسه‌ای بار لرزه‌ای با سایر نیروهای وارد به توربین بادی بر اساس استاندارد GL، فصل 4، جدول 4.3.2 برای باد اغتشاشی 11 متر بر ثانیه، در حالت زاویه انحراف صفر برای توربین بادی 2 مگاوات ملی ایران در یک مدل کامل و کاربردی، با مدل‌سازی سازه برج فولادی و پی بتنی و لایه‌های خاک در ساختگاه مورد نظر، از روش عددی المان محدود به‌صورت دینامیکی با استفاده از نرم‌افزار ABAQUS آنالیز و مورد پژوهش قرار گرفته است. با توجه به محل استقرار این توربین بادی، با لایه‌های خاک به عمق 6 متر، حداکثر تغییر مکان نوک برج با در نظرگیری بار لرزه‌ای حدود 7 درصد افزایش داشت، اما افزایش قابل توجه تنش معادل در ارتفاع 50 متری برج، علی‌رغم عمق کم لایه‌های خاک و عدم بزرگ‌نمایی محسوس شتاب زلزله وارد شده از بستر سنگی به سطح زمین، بالغ بر 36 درصد به دست آمد. لذا ضرورت در نظرگیری هم‌زمان نیروی زلزله همراه با نیروهای باد به‌خوبی نتیجه گردید. https://www.bese.ir/article_701347_6840c6d051e3347351c73d817838756d.pdf