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Dynamic analysis of an offshore wind turbine taking into account the soil-foundation-structure interaction
L'énergie éolienne a reçu une grande attention ces dernières années. Les éoliennes offshores (OWT) de plusieurs mégawatts, montées sur des monopieux de grand diamètre, sont aujourd'hui très utilisées. Il est généralement admis que le poids total des OWT doit être réduit au minimum afin de...
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| Auteurs principaux : | , , , , , , , |
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| Collectivités auteurs : | , , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | anglais |
| Titre complet : | Dynamic analysis of an offshore wind turbine taking into account the soil-foundation-structure interaction / Philip Alkhoury; sous la direction de Abdul Hamid Soubra et de Mourad Aït-Ahmed et de Valentine Rey |
| Publié : |
2021 |
| Accès en ligne : |
Accès Nantes Université
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| Note sur l'URL : | Accès au texte intégral |
| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Génie civil : Nantes : 2021 |
| Sujets : |
| Résumé : | L'énergie éolienne a reçu une grande attention ces dernières années. Les éoliennes offshores (OWT) de plusieurs mégawatts, montées sur des monopieux de grand diamètre, sont aujourd'hui très utilisées. Il est généralement admis que le poids total des OWT doit être réduit au minimum afin de réduire leur coût. Cela aboutit tout naturellement à une structure mince très flexible qui est dynamiquement sensible aux charges extérieures. Cela nécessite la connaissance de la fréquence naturelle de l OWT qui doit être en dehors des fréquences d'excitation pour éviter la résonance. En plus du critère lié à la résonance, les OWT doivent satisfaire à des conditions strictes concernant leur état limite de service tout au long de leur durée de vie. Ceci exige un outil numérique fiable avec un modèle de comportement avancé du sol. Les analyses modales et dynamiques existantes de ces structures complexes utilisent différents outils de simulation aéroélastique basés sur un nombre limité de degrés de liberté et/ou adoptent des hypothèses simplificatrices liées à la superstructure de l'OWT, l'interaction sol-fondation et le type de la loi de comportement du sol. En réponse à ces défis, cette thèse présente un modèle éléments finis tridimensionnel qui reflète le comportement de l'OWT avec un haut degré de précision et qui est utilisé pour le calcul des réponses modales et dynamiques de l'OWT. Un autre objectif de cette thèse est d'étudier l'atténuation des vibrations excessives des OWT. À cet égard, cette thèse présente une nouvelle technique dans laquelle l'analyse aux éléments finis est combinée à un système de contrôle pour étudier la performance en temps réel d un système actif de dissipation d énergie (Active Tuned Mass Damper ATMD) pour réduire les vibrations de l'OWT. Wind energy has received a vast attention in recent years. Multi-megawatt offshore wind turbines (OWTs) mounted on large diameter monopiles are being widely used nowadays in practice. There is a general acceptance that the overall weight of OWTs must be kept to a minimum to reduce their cost. This eventually resulted in a highly flexible slender structure that is dynamically-sensitive. The high sensitivity to the highly variable external loads demands special design consideration regarding the natural frequency of the OWT system which must be outside the excitations frequencies to avoid resonance. In addition to the resonance avoidance criterion, OWTs must verify stringent serviceability design requirements during their lifetime, which demand the consideration of a reliable numerical tool with an advanced soil constitutive model for the computation of the OWT dynamic responses. Modal and dynamic analyses of such complicated structures have been well-covered in literature using different aeroelastic simulation tools based on a limited number of degrees of freedom and/or make use of simplified assumptions related to the OWT superstructure, the soil-foundation interaction and the soil behavior. In response to these challenges, this thesis presents a three-dimensional finite element (FE) model that reflects the OWT behavior to a high degree of accuracy and that is used for the computation of the OWT modal and dynamic responses. Another aim of this thesis is to study the excessive vibration mitigation of OWTs. In this regard, this thesis presents a novel technique in which FE analysis is combined with a control system to study the real-time performance of an active tuned mass damper in reducing the OWT vibrations. |
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| Variantes de titre : | Analyse dynamique d une éolienne offshore avec prise en compte de l interaction sol-fondation- structure |
| Notes : | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) Partenaire(s) de recherche : Institut de recherche en génie civil et mécanique (GeM). Equipe Etat Mécanique et Microstructure (Saint-Nazaire) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Isam Shahrour (Président du jury) ; Anne Pantet (Membre(s) du jury) ; Salah Laghrouche, Hussein Mroueh (Rapporteur(s)) |
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