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Title in Portuguese: Avaliação estrutural de sistemas de geração de energia eólica de pequeno porte utilizando métodos estocásticos
Title: Structural evaluation of small systems of wind energy generation using stochastic methods
Author: Leandro Filho, Francisco de Assis
Advisor(s): Silva Júnior, Francisco Ilson da
Keywords: Engenharia mecânica
Energia eólica
Método dos elementos finitos
Issue Date: 2012
Citation: LEANDRO FILHO, F. de A. Avaliação estrutural de sistemas de geração de energia eólica de pequeno porte utilizando métodos estocásticos. 2012. 80 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Portuguese: A avaliação estrutural de turbinas eólicas é um problema que depende de diversas variáveis tais como o regime de ventos, tipo e dimensões da turbina eólica, bem como das incertezas relacionadas a esses fatores. Para inserir essas incertezas, são estabelecidas distribuições de probabilidade para os parâmetros físicos do meio. No presente trabalho, propõe-se uma análise estrutural probabilística utilizando o método de elementos finitos para avaliação das incertezas associadas à geração de energia eólica. Avalia-se a resposta da estrutura a cargas aleatórias, para uma análise de estabilidade do sistema. Com esse intuito foi desenvolvido um modelo de elementos finitos baseado na plataforma ANSYS R capaz de reproduzir com fidelidade o comportamento da torre eólica submetida à cargas produzidas pelo vento nas pás. Através de uma abordagem estatística, foi determinada a solução modal e a resposta dinâmica com respeito a cargas de vento aleatórias. Utilizou-se o método Monte Carlo como o método de análise probabilística. Uma vez que o carregamento é considerado aleatório o objetivo foi determinar a variação dos parâmetros de saída, dadas as incertezas iniciais, analisar as características das propriedades dos materiais, tensões, deslocamentos, frequências naturais e da resposta de frequência da estrutura a aleatoriedade do vento. Analisou-se a influência de cada incerteza sobre a resposta no domínio da frequência. A partir dos resultados, pode-se concluir que a ferramenta numérica utilizada é capaz de representar de forma eficiente modelos de processos estocásticos em estruturas para a geração de energia eólica e realizar a análise de sensibilidade das variáveis dinâmicas envolvidas.
Abstract: A structural evaluation of wind turbines is an issue that depends on many variables such as the wind regime, type and size of the wind turbine as well as the uncertainties related to these factors. To enter these uncertainties are established probability distributions for the physical parameters of the medium. In this paper, we propose a probabilistic structural analysis using the finite element method to evaluate the uncertainties associated with wind power generation. Assesses the response of the structure to random loads, for an analysis of system stability. With this purpose we developed a finite element model based on ANSYS R platform able to faithfully reproduce the behavior of the tower subjected to wind loads produced by wind in spades. A statistical approach, we determined the solution modal and dynamic response with respect to random wind loads. We used Monte Carlo method as the method of probabilistic analysis. Once charging is considered the random objective was to determine the variation of output parameters, given the initial uncertainties, analyze the characteristics of material properties, stresses, displacements, natural frequencies and frequency response of the structure to randomness of the wind. We analyzed the influence of each uncertainty about the response in the frequency domain. From the results, it can be concluded that the numerical tool used may represent efficiently models of stochastic processes in structures for wind power generation and perform sensitivity analysis of dynamic variables involved.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/4473
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