| dc.description.abstract | Flytende offshore vindmøller er, i likhet med andre offshore strukturer, utsatt for skipskollisjoner. Fremtidige vindparker kan bli plassert i nærhet av skipstrafikk, og tøffere værforhold sørger også for større forsyningsskip. Ved en kollisjon kan konsekvensene variere. Alt fra mindre reperasjoner til skade av personell er mulig. I denne oppgaven er målet å studere OO-Star Wind Floater når den er utsatt for skipsstøt. Elementanalyse har blitt utført i LS-DYNA og USFOS.
OO-Star Wind Floater er laget i betong, og ved en kollisjon så antas små deformasjoner av søylene. Det vil si at mesteparten av deformasjon skjer i skipet. I denne oppgaven har både skipskollisjon med baug og side blitt analysert. Kraft-deformasjons kurver har blitt beregnet ved å bruke LS-DYNA. Forsterket betong er utsatt for svikt ved store lokale krefter, og dette har blitt analysert. En parameterstudie med ulike tykkelser har vist at slik type svikt er mulig dersom tykkelsen på betongen er mindre enn 0.4 m.
Global respons har blitt analysert i USFOS, og både parkert og operativ turbin har blitt undersøkt. Skipskollisjonen er modellert ved å bruke ulineære fjærer som inneholder kraft-deformasjonskurvene fra LS-DYNA. Relevante standarder for flytende vind turbin strukturer har blitt brukt til å bestemme kollisjonsenergiene for de to ulike scenarioene.
Elektrisk utstyr er utsatt dersom akselerasjonene av toppen blir for store, og tidligere studier har forespeilet at akselerasjonen ikke bør overskride 2-3 m/s. Dette kravet er derimot svært utsatt for å bli overskridet ved en skipskollisjon.
Lokal knekking av turbin tårnet er en risiko ved en skipskollisjon. De mest kritiske tilfellene er når støtet skjer normalt på rotor planet. Knekking er utløst ved en sideveis hastighet på 5 m/s, og dette scenario fører til at tårnet knekker i retning av skipet. Dette er antatt å være et svært kritisk resultat. For å forhindre kollisjon mellom bladene og tårnet er det som regel stor klaring til tårn. De verste kollisjonsscenarioene fører derimot til en risiko for at dette kan skje. På den andre siden er klaringen som er modellert i USFOS betraktelig lavere en for den faktiske turbinen, så det kan godt hende at den faktiske strukturen er trygg. Helt til slutt er også scenario hvor skipet og flyteren blir låst til hverandre etter kollisjon analysert. Dette gir store krefter i forankringslinene, men systemet klarer å motstå dette.
Generelt sett er skipskollisjon kritisk for den flytende strukturen. Det er derfor anbefalt å utføre kollisjonsanalyser i tidlig design fase, da dette kan påvirke designet. | |
| dc.description.abstract | Floating offshore wind turbines are, like all other offshore structures, exposed to the risk of ship collisions. Future wind farms may be located closer to traffic cargo and passenger lanes, and moving them farther offshore introduces more hostile environments and larger service vessels. The consequences of a ship-FOWT collision can range from minor to major, i.e., from repair cost to injuries or fatalities. This Master's Thesis objective is to study the global and local behavior of the floating offshore wind turbine OO-Star Wind Floater when subjected to ship collision. Finite element analyses have been conducted using LS-DYNA and USFOS.
OO-Star Wind floater is built in post-tensioned concrete, and impacts are considered to follow the strength design principle. In general, this means that the concrete columns are considered as rigid. Two impact-scenarios have been studied: broadside impact and bulbous bow impact by the UT745 Platform Supply Vessel. The force-displacement curves for this ship have been established in LS-DYNA. Additionally, reinforced concrete structures are exposed to punching shear failure due to large localized forces, and a parameter study on different thicknesses have been performed. This study display that for a column thickness of 0.4 m, punching shear can occur. This will lead to flooding of watertight compartments, and endanger the structural integrity of the floating offshore wind turbine.
Global response analyses in USFOS have been performed for both parked and operating turbine. The ship impact is modeled by nonlinear springs containing the force-displacement relationship established in LS-DYNA. The collision energies are based on code formulations, i.e., the impact velocity is 2 m/s for side-impact and 3 m/s for bow impact.
Previous studies have proposed to limit the acceleration of the nacelle to 2-3 m/s, and collision analyses performed in this thesis violates this criterion. The electrical equipment is endangered, which may lead to extensive economic consequences. The turbine tower is an unstiffened cylindrical shell, and local buckling is a risk during a ship impact. In operational condition, impacts normal to the rotor plane are most critical, and buckling is triggered by increasing the speed for sideways impact to 5 m/s. The buckling mode causes the tower to fall in the direction of the ship, posing a real threat to health and safety. The risk of the blades hitting the tower has also been investigated. For the worst scenarios, this event is plausible. However, the modeled tower clearance in USFOS is lower than originally for the 10MW reference wind turbine, so the risk is lower for the real structure. Finally, analyses where the ship and FOWT are locked together after impact has also been investigated. The catenary mooring system is capable of withstanding the forces from this impact scenario.
Generally, accidental loads from ship collisions are critical for the floating offshore wind turbine. Impact analyses in the preliminary design phase are recommended. | |
