Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Simões, Rodrigo Guedes
Data de Publicação: 2020
Outros Autores: rodrigo_gsimoes@hotmail.com
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17742
Resumo: Wind energy has been playing an very important role in the Brazilian energy matrix, mainly especially with regard to the northeast region of Brazil. In this sense, a great technological evolution has occurred over several decades, transforming old windmills into extremely tall and slender towers, with the capacity to generate large amounts of energy. According to this context, this work and research aims to study the dynamic structural response and structural fatigue assessment (service life) of a steel tower to support a wind turbine model MM92 by Repower. In this way, a numerical model was developed to represent the investigated tower, using the ANSYS software, using the Finite Element Method (FEM). The non-deterministic dynamic analysis was performed based on the use of different wind speed profiles, in the range of 10 m/s to 70 m/s, aiming to obtain the dynamic structural response of the structure, in terms of the maximum values of the translational horizontal displacements and von Mises stresses. Bearing in mind the results of the analyzes, the values of the stresses, calculated in the permanent phase of the response of the system, will be used for the fatigue analyzes aiming at the determination of the useful life of the tower. Based on the results achieved throughout the research, it is worth mentioning that up to a speed of 35 m/s, the structural design of the tower meets the design limits established for the maximum values of the horizontal translational displacements and fot eh useful life of the tower, making the investigated wind tower project viable throughout the Brazilian territory. However, it is noteworthy that for higher wind speeds (v > 35 m/s), the design of the tower needs to be reassessed, especially with regard to structural fatigue.
id UERJ_27fef33678ac2d11b4f1d17cff631295
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/17742
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Silva, José Guilherme Santos dahttp://lattes.cnpq.br/4422797300106230Costa, Miguel Henrique de Oliveirahttp://lattes.cnpq.br/5458765513072880Debona, Gilvan Lunzhttp://lattes.cnpq.br/1610243215800319Silva, André Tenchini dahttp://lattes.cnpq.br/7036280752466413Rocha, Paulo Anderson Santanahttp://lattes.cnpq.br/7553076210940371http://lattes.cnpq.br/2865744323801380Simões, Rodrigo Guedesrodrigo_gsimoes@hotmail.com2022-05-16T16:28:08Z2020-12-10SIMÕES, Rodrigo Guedes. Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas. 2020. 135 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17742Wind energy has been playing an very important role in the Brazilian energy matrix, mainly especially with regard to the northeast region of Brazil. In this sense, a great technological evolution has occurred over several decades, transforming old windmills into extremely tall and slender towers, with the capacity to generate large amounts of energy. According to this context, this work and research aims to study the dynamic structural response and structural fatigue assessment (service life) of a steel tower to support a wind turbine model MM92 by Repower. In this way, a numerical model was developed to represent the investigated tower, using the ANSYS software, using the Finite Element Method (FEM). The non-deterministic dynamic analysis was performed based on the use of different wind speed profiles, in the range of 10 m/s to 70 m/s, aiming to obtain the dynamic structural response of the structure, in terms of the maximum values of the translational horizontal displacements and von Mises stresses. Bearing in mind the results of the analyzes, the values of the stresses, calculated in the permanent phase of the response of the system, will be used for the fatigue analyzes aiming at the determination of the useful life of the tower. Based on the results achieved throughout the research, it is worth mentioning that up to a speed of 35 m/s, the structural design of the tower meets the design limits established for the maximum values of the horizontal translational displacements and fot eh useful life of the tower, making the investigated wind tower project viable throughout the Brazilian territory. However, it is noteworthy that for higher wind speeds (v > 35 m/s), the design of the tower needs to be reassessed, especially with regard to structural fatigue.A energia eólica tem ocupado papel de grande relevância perante a matriz energética brasileira, principalmente no que se refere à região nordeste do Brasil. Neste sentido, uma grande evolução tecnológica tem ocorrido ao longo de várias décadas, transformando moinhos de ventos antigos em torres extremamente altas e esbeltas, com capacidade para gerar grandes quantidades de energia. De acordo com este contexto, o presente trabalho tem como objetivo o estudo da resposta estrutural dinâmica e avaliação da fadiga estrutural (vida útil) de uma torre de aço para suporte de uma turbina eólica modelo MM92 da Repower. Deste modo, um modelo numérico foi desenvolvido para a representação da torre investigada, via emprego do software ANSYS, por meio do emprego do Método dos Elementos Finitos (MEF). A análise dinâmica não determinística foi realizada com base na utilização de diversos perfis de velocidades de vento, na faixa de 10 m/s (36 km/h) até 70 m/s (252 km/h), objetivando obter a resposta estrutural dinâmica da estrutura, em termos dos valores máximos dos deslocamentos translacionais horizontais e tensões de von Mises. Tendo em mente os resultados das análises, os valores das tensões, calculados na fase permanente da resposta do sistema, serão utilizados para as análises de fadiga visando à determinação da vida útil da torre. Com base nos resultados alcançados ao longo da pesquisa, cabe ressaltar que até a velocidade de 35 m/s (126 km/h), o projeto estrutural da torre atende aos limites de projeto estabelecidos para os valores máximos dos deslocamentos translacionais horizontais e para a vida útil da torre, tornando o projeto da torre eólica investigada viável em regiões do território brasileiro. Todavia, destaca-se que para velocidades de vento mais elevadas (v > 35 m/s [126 km/h]), o projeto da torre precisa ser reavaliado, especialmente no tocante à fadiga estrutural.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-05-16T16:28:08Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Rodrigo Guedes Simões - 2020 - Completo.pdf: 3798498 bytes, checksum: 3bb7caff6fe26e39a757e05846186ee6 (MD5)Made available in DSpace on 2022-05-16T16:28:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Rodrigo Guedes Simões - 2020 - Completo.pdf: 3798498 bytes, checksum: 3bb7caff6fe26e39a757e05846186ee6 (MD5) Previous issue date: 2020-12-10Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESapplication/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia CivilUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaCivil engineeringTowersWind energyStructural analysis (Engineering)Steel - FatigueFinite element methodEngenharia civilTorresEnergia eólicaAnálise estrutural (Engenharia)Aço - FadigaMétodo dos elementos finitosENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURASAnálise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicasModeling of dynamic structural behavior and fatigue verification of steel towers for support of wind turbinesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertação - Rodrigo Guedes Simões - 2020 - Completo.pdfDissertação - Rodrigo Guedes Simões - 2020 - Completo.pdfapplication/pdf3798498http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17742/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Rodrigo+Guedes+Sim%C3%B5es+-+2020+-+Completo.pdf3bb7caff6fe26e39a757e05846186ee6MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17742/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/177422024-02-27 14:52:32.175oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T17:52:32Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Modeling of dynamic structural behavior and fatigue verification of steel towers for support of wind turbines
title Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
spellingShingle Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
Simões, Rodrigo Guedes
Civil engineering
Towers
Wind energy
Structural analysis (Engineering)
Steel - Fatigue
Finite element method
Engenharia civil
Torres
Energia eólica
Análise estrutural (Engenharia)
Aço - Fadiga
Método dos elementos finitos
ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
title_short Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
title_full Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
title_fullStr Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
title_full_unstemmed Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
title_sort Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas
author Simões, Rodrigo Guedes
author_facet Simões, Rodrigo Guedes
rodrigo_gsimoes@hotmail.com
author_role author
author2 rodrigo_gsimoes@hotmail.com
author2_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Silva, José Guilherme Santos da
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4422797300106230
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Costa, Miguel Henrique de Oliveira
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5458765513072880
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Debona, Gilvan Lunz
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1610243215800319
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Silva, André Tenchini da
dc.contributor.referee3Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7036280752466413
dc.contributor.referee4.fl_str_mv Rocha, Paulo Anderson Santana
dc.contributor.referee4Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/7553076210940371
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/2865744323801380
dc.contributor.author.fl_str_mv Simões, Rodrigo Guedes
rodrigo_gsimoes@hotmail.com
contributor_str_mv Silva, José Guilherme Santos da
Costa, Miguel Henrique de Oliveira
Debona, Gilvan Lunz
Silva, André Tenchini da
Rocha, Paulo Anderson Santana
dc.subject.eng.fl_str_mv Civil engineering
Towers
Wind energy
Structural analysis (Engineering)
Steel - Fatigue
Finite element method
topic Civil engineering
Towers
Wind energy
Structural analysis (Engineering)
Steel - Fatigue
Finite element method
Engenharia civil
Torres
Energia eólica
Análise estrutural (Engenharia)
Aço - Fadiga
Método dos elementos finitos
ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia civil
Torres
Energia eólica
Análise estrutural (Engenharia)
Aço - Fadiga
Método dos elementos finitos
dc.subject.cnpq.fl_str_mv ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ESTRUTURAS
description Wind energy has been playing an very important role in the Brazilian energy matrix, mainly especially with regard to the northeast region of Brazil. In this sense, a great technological evolution has occurred over several decades, transforming old windmills into extremely tall and slender towers, with the capacity to generate large amounts of energy. According to this context, this work and research aims to study the dynamic structural response and structural fatigue assessment (service life) of a steel tower to support a wind turbine model MM92 by Repower. In this way, a numerical model was developed to represent the investigated tower, using the ANSYS software, using the Finite Element Method (FEM). The non-deterministic dynamic analysis was performed based on the use of different wind speed profiles, in the range of 10 m/s to 70 m/s, aiming to obtain the dynamic structural response of the structure, in terms of the maximum values of the translational horizontal displacements and von Mises stresses. Bearing in mind the results of the analyzes, the values of the stresses, calculated in the permanent phase of the response of the system, will be used for the fatigue analyzes aiming at the determination of the useful life of the tower. Based on the results achieved throughout the research, it is worth mentioning that up to a speed of 35 m/s, the structural design of the tower meets the design limits established for the maximum values of the horizontal translational displacements and fot eh useful life of the tower, making the investigated wind tower project viable throughout the Brazilian territory. However, it is noteworthy that for higher wind speeds (v > 35 m/s), the design of the tower needs to be reassessed, especially with regard to structural fatigue.
publishDate 2020
dc.date.issued.fl_str_mv 2020-12-10
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2022-05-16T16:28:08Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv SIMÕES, Rodrigo Guedes. Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas. 2020. 135 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17742
identifier_str_mv SIMÕES, Rodrigo Guedes. Análise estrutural dinâmica e verificação de projeto à fadiga de torres de aço para suporte de turbinas eólicas. 2020. 135 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2020.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17742
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv Brasil
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17742/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Rodrigo+Guedes+Sim%C3%B5es+-+2020+-+Completo.pdf
http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17742/1/license.txt
bitstream.checksum.fl_str_mv 3bb7caff6fe26e39a757e05846186ee6
e5502652da718045d7fcd832b79fca29
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1811728710769836032