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Title in Portuguese: Um estudo comparativo de procedimentos de análise estrutural para torres eólicas de concreto armado
Author: Barroso Filho, Nertan Fonseca
Advisor(s): Melo, Antônio Macário Cartaxo de
Co-advisor(s): Araújo, Tereza Denyse Pereira de
Keywords: Engenharia de estruturas
Torre eólica
Concreto armado
Método dos elementos finitos
Wind tower
Reinforced concret
Finite elements
Issue Date: 28-Aug-2018
Citation: BARROSO FILHO, N. F. Um estudo comparativo de procedimentos de análise estrutural para torres eólicas de concreto armado. 2018. 108 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Estruturas e Construção Civil, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O estudo de soluções econômicas para estruturas de aerogeradores eólicos tem despertado o interesse devido ao apelo ambiental desta fonte de energia renovável. Particularmente, as torres eólicas de aço têm sido bastante estudadas tanto no que concerne à análise quanto à otimização estrutural. Em geral minimiza-se o consumo de material que está diretamente relacionado ao custo. Entretanto, limitações nas dimensões devidas ao transporte tem sido um fator importante para o emprego de torres de concreto armado. Na otimização, um passo crítico é o processo de análise. Nas análises buscam-se, em geral, respostas em termos de resistência, estabilidade, rigidez e frequência fundamental. Os recursos computacionais modernos têm permitido a aplicação de procedimentos numéricos refinados de análise estrutural. Entretanto, o uso destes recursos em um modelo de otimização pode tornar o processo computacionalmente caro. O emprego de modelos substitutos tem sido bastante estudado, mas uma alternativa é a adoção de procedimentos simplificados, em geral conservadores, e muito usados em projetos preliminares. A torre eólica considerada nesse trabalho possui 100 m de altura com uma turbina de 3,6 MW, cujas ações foram obtidas da literatura. Pretende-se, neste trabalho, estudar e comparar modelos de análise de torres eólicas de concreto armado. Os modelos serão comparados através dos métodos dos elementos finitos com consideração dos elementos finitos unidimensionais e bidimensionais. A modelagem da ação do vento ao longo da torre será tratada como estática. Serão avaliadas as influências de não linearidades física e geométrica, interação solo-estrutura e o seu efeito nos deslocamentos e nas frequências naturais da torre. O modelo de viga é validado para aplicação em modelos de otimização.
Abstract: The study of economic solutions for wind turbine structures has attracted interest due to the environmental appeal of this renewable energy source. Particularly, steel wind towers have been well studied both in terms of analysis and structural optimization. In general, the consumption of material that is directly related to the cost is minimized. However, limitations in the dimensions due to transport have been an important factor for the use of reinforced concrete towers. In optimization, a critical step is the process of analysis. In the analysis, we generally seek answers in terms of resistance, stability, rigidity and fundamental frequency. Modern computational resources have allowed the application of refined numerical structural analysis procedures. However, using these features in an optimization model can make the process computationally expensive. The use of substitute models has been well studied, but an alternative is the adoption of simplified procedures, generally conservative, and much used in preliminary projects. The wind tower considered in this work is 100 m high with a turbine of 3.6 MW, whose actions were obtained from the literature. In this work, we intend to study and compare models of analysis of wind-powered reinforced concrete towers. The models will be compared through finite element methods with consideration of one-dimensional and two-dimensional finite elements. Wind modeling along the tower will be treated as static. The influence of physical and geometric nonlinearities, soil-structure interaction and their effect on the tower natural frequencies and its displacements, as well as its natural frequencies will be evaluated. The beam model is validated for application in optimization models.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/38787
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