بررسي اثر اندركنش خاك - سازه در تشخيص خرابي برج توربين بادي توسط موجك‌هاي دو متعامد

Investigation of Soil-Structure Interaction Effects on Damage Detection of Wind Turbine Tower with Biorthogonal Wavelets

باد از منابع پاك انرژي است. تمايل به استفاده از توربين‌هاي بادي در دهه‌هاي اخير در دنيا روندي رو به رشد داشته است. اندازه و ظرفيت توربين‌هاي بادي به‌ منظور كسب بيشتر انرژي باد، به ‌سرعت در حال افزايش مي‌باشد. آمار نشان مي‌دهد توربين‌هاي بزرگ‌تر، بيشتر خراب شده و نيازمند نگهداري بيشتري هستند. هدف صاحبان مزارع بادي، هماهنگي و نظارت بر كار به‌ منظور كاهش زمان از كار افتادگي و افزايش بهره‌وري توربين‌هاي مزرعه بادي مي‌باشد. برج توربين بادي، كل توربين بادي را حمل كرده و داراي مقام دوم هزينه توربين بادي است. با اينكه خرابي برج مي‌تواند كل توربين بادي را به خطر انداخته و سبب خرابي وسيع گردد وليكن تحقيقات اين بخش از توربين نسبت به تأسيسات مكانيكال توربين بادي، ناچيز است. به علاوه تحقيق جامعي نيز در پايش سلامت برج با اندركنش خاك - سازه انجام نشده است. در اين تحقيق از موجك‌هاي دو متعامد به‌ منظور پردازش شكل مودي برج آسيب‌ديده استفاده گرديد. توربين بادي ساحلي 5 مگاواتي آزمايشگاه ملي انرژي تجديد پذير وزارت نيرو آمريكا، در نرم‌افزار المان محدود آباكيوس مدل گرديد و صحت‌سنجي شد. پي سطحي به ابعاد 1×20×20 مترمكعب و خاك‌ها از نوع رس عادي تحكيم يافته و ماسه متراكم، در نظر گرفته شد. تعداد هجده سناريوي خرابي، تعريف گرديد. نتايج تحقيق بيانگر اين است كه به ‌منظور تشخيص خرابي استفاده از شكل‌هاي مودي پهلو - پهلو برج، داراي برتري محسوسي نسبت به شكل‌هاي مودي جلو - عقب هستند. نظر به تأثيرگذاري مطلوب تأثير اندركنش خاك - سازه بر روي دقت تشخيص خرابي، لزوم در نظر گرفتن اين اثر در تحليل‌ها، تأكيد مي‌گردد.

The wind has been one of the cleanest sources of energy. The tendency to use wind turbines has been a growing trend in the world in recent decades. The size and capacity of wind turbines are increasing rapidly in order to obtain more wind energy. Statistics show that more giant turbines are more broken down and require more maintenance. Wind farm owners' goal is to monitor work to reduce downtime and increase the efficiency of each wind turbine. The wind turbine tower carries the entire wind turbine and is the second-largest cost of the wind turbine. Damage to the tower can endanger the entire wind turbine and cause extensive damage. However, the background to the study of the wind turbine tower’s health monitoring against its mechanical installations is insignificant. Besides, no comprehensive research has been conducted on the tower’s health monitoring with soil-structure interaction included. In this study, biorthogonal wavelets were used to process the mode shape of the damaged tower. The foundation is a square concrete foundation 20 m × 20 m and 1 m in depth. Two different soils, normally consolidated clay and dense sand, are considered. Eighteen failure scenarios were defined. This study indicates that the use of side-to-side mode shapes of the tower has a tangible advantage over its fore-aft mode shapes for detecting failure. Considering the desirable effect of soil-structure interaction on damage detection, it is necessary to examine this analysis’s effect.