Açık deniz rüzgâr türbinlerinin güvenli tasarımı, yalnızca en yüksek rüzgâr hızını veya en büyük dalgayı belirlemekten ibaret değildir. Rüzgârın hangi yönden geldiği, dalganın rüzgârla tam aynı doğrultuda olup olmadığı ve bu yüklerin jacket taşıyıcı sisteminin ayakları ile çaprazlarına hangi açıyla etki ettiği de yapısal kuvvetlerin dağılımını değiştirebilir. Bu yön etkisi, dairesel kesitli ve yaklaşık eksenel simetrik monopil yapılara kıyasla üç ayaklı jacket sistemlerinde daha önemlidir; çünkü jacketin rijitliği ve iç kuvvet yolları her yönde aynı değildir.

Çalışma, üç ayaklı jacket temele oturan 25 MW sınıfındaki bir açık deniz rüzgâr türbininin 50 yıllık aşırı yük tepkisini üç farklı çevresel koşul seçme yöntemiyle karşılaştırmaktadır: geleneksel ve hizalı IFORM, sabit rüzgâr yönünde rüzgâr-dalga sapmasını dikkate alan D-IFORM ve hem mutlak rüzgâr yönünü hem de rüzgâr-dalga sapmasını sektörler bazında çözen DiREC.

IFORM için yalnızca iki, D-IFORM için on, DiREC için ise 372 zaman alanı simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Aerodinamik yükler OpenFAST 3.1 ve TurbSim ile üretilmiş; jacket, dalga, akıntı ve temel davranışı Sesam içinde modellenmiştir. Her yük durumu, ilk 20 saniyelik sayısal geçiş bölümü çıkarıldıktan sonra 10 dakikalık analiz aralığında değerlendirilmiştir. Yapısal yeterlilik, NORSOK N-004 kapsamında boru üyelerin birleşik eksenel kuvvet-eğilme kontrolleri ve boru birleşimlerinin yerel zımbalama kontrolleriyle incelenmiştir.

En yüksek üye kullanım faktörü IFORM’da 0,214, D-IFORM’da 0,211 ve DiREC’te 0,201 olmuştur. Buna göre DiREC, tek bir üye üzerindeki en yüksek kullanım oranını IFORM’a kıyasla yaklaşık %6,1 azaltmıştır. Ancak bu düşüş, yönsel çözünürlüğün yapıyı genel olarak daha az zorladığı anlamına gelmemektedir. DiREC sonuçlarında yüksek kullanımlı üyeler daha geniş ve daha yatay bir sıralama zarfı oluşturmuş; farklı yön ve sapma kombinasyonları birden fazla üyeyi birbirine yakın düzeylerde kritik hâle getirmiştir.

Yerel boru birleşimlerinde tam tersi bir eğilim görülmüştür. En yüksek birleşim kullanım faktörü IFORM’da 0,170, D-IFORM’da 0,173 ve DiREC’te 0,197 olarak hesaplanmıştır. DiREC değeri IFORM’dan yaklaşık %15,9 daha yüksektir. Bu sonuç, mutlak rüzgâr yönü ve rüzgâr-dalga sapması daha ayrıntılı çözüldüğünde, küresel yapı tepkisi büyümese bile brace ve chord elemanları arasındaki yerel kuvvet aktarımının daha kritik hâle gelebileceğini göstermektedir.

DiREC’in önde gelen yük durumları özellikle 315° yön sektöründe yoğunlaşmış, 195° sektöründe de yöneticiye yakın durumlar bulunmuştur. En kritik birleşim durumu; 315° rüzgâr yönü, +20° rüzgâr-dalga sapması, 10,88 m anlamlı dalga yüksekliği, 11,70 s tepe periyodu ve -8° yaw sapması altında JT28 birleşiminde 0,197 kullanım faktörü üretmiştir. Bu durum, en yüksek yapısal talebin her zaman en büyük dalga yüksekliğine sahip yönde ortaya çıkmadığını göstermektedir.

Küresel taban kesmesi ve devrilme momenti IFORM’dan D-IFORM’a ve DiREC’e doğru azalmıştır. En yüksek taban kesmesi sırasıyla 11,62 MN, 11,38 MN ve 10,59 MN; en yüksek devrilme momenti ise 388,85 MN·m, 380,01 MN·m ve 356,61 MN·m olarak bulunmuştur. Buna karşılık yerel birleşim talebi DiREC’te artmıştır. Dolayısıyla yalnızca taban kesmesine veya devrilme momentine bakmak, yönsel yüklerin jacket içindeki kuvvet yollarını nasıl yeniden dağıttığını gözden kaçırabilir.

Bütün bildirilen kullanım faktörleri 1,0 sınırının belirgin biçimde altındadır. İncelenen yapı bu analizlerde nihai sınır durumu açısından yeterli görünmektedir. Çalışmanın ana katkısı bir güvensizlik tespit etmek değil; daha ayrıntılı yönsel çevre modellemesinin yönetici elemanı, yönetici birleşimi ve kritik yük yönünü değiştirebildiğini göstermektir.

Araştırmanın temel problemi nedir?

Açık deniz rüzgâr türbinleri, çalışma ömürleri boyunca rüzgâr, dalga, akıntı, türbülans, yerçekimi ve zemin-temel etkileşiminin birleşimine maruz kalır. Nihai sınır durumu, yani ULS değerlendirmesi, yapının düşük olasılıklı fakat yüksek şiddetli çevresel koşullar altında taşıma kapasitesini kaybedip kaybetmeyeceğini araştırır.

Bir yapının onlarca yıllık ömründeki bütün saatlik rüzgâr-dalga durumlarının ayrı ayrı zaman alanı simülasyonuyla incelenmesi son derece yüksek hesaplama maliyeti yaratır. Çevresel kontur yöntemleri bu sorunu, belirli bir dönüş periyodunu temsil eden sınırlı sayıda kritik metocean koşulu seçerek çözmeye çalışır.

Temel varsayım, seçilen çevresel durumların uzun dönem aşırı yapısal tepkiyi yeterince çevrelemesidir. Fakat bu varsayım, yapısal tepkinin yalnızca rüzgâr hızı ve dalga yüksekliği gibi skaler büyüklüklere değil, yüklerin yönüne de bağlı olduğu durumlarda karmaşıklaşır.

Çalışmanın araştırma sorusu şu şekilde özetlenebilir:

Rüzgâr ve dalga yönleri daha ayrıntılı temsil edildiğinde, 25 MW sınıfındaki üç ayaklı bir jacket yapının en kritik üyeleri, boru birleşimleri ve küresel yükleri nasıl değişmektedir?

Neden 25 MW sınıfı önemlidir?

Açık deniz rüzgâr türbinlerinin nominal gücü ve rotor çapı büyüdükçe aerodinamik yükler, taşıyıcı sistem boyutları ve yapısal yük yolları da değişmektedir. Çalışmada kullanılan türbin:

• 25 MW nominal güç sınıfındadır.
• 310 m rotor çapına sahiptir.
• Göbek yüksekliği 185 m’dir.
• 148 m yüksekliğinde konik bir kule kullanmaktadır.
• Rotor-nacelle grubunun kütlesi 1.556,81 tondur.
• Geçiş parçasının kütlesi 526 tondur.
• 3 m/s devreye girme, 10,87 m/s nominal ve 25 m/s devreden çıkma rüzgâr hızlarına sahiptir.

Bu ölçekte bir türbinin gerçek ticari saha makinesi olduğu belirtilmemektedir. Model, CRC1463 projesi kapsamında geliştirilen 25 MW referans türbin tasarımına dayanmaktadır.

Üç ayaklı jacket neden yön hassasiyetine sahiptir?

Jacket sistemleri; düşey veya eğimli ana ayaklar, bu ayakları birbirine bağlayan çaprazlar ve boru birleşimlerinden oluşan kafes yapılardır. İncelenen jacket:

• Üç ana ayağa,
• Üç seviyeli X çaprazlamaya,
• 78,2 m toplam jacket yüksekliğine,
• Yaklaşık 65 m zemine giren üç kazığa,
• 4,3 m dış çapa ve 40 mm et kalınlığına sahip kazıklara

sahiptir.

Üç ayaklı düzen, 120° aralıklarla yerleştirilmiş olsa da sürekli dönel simetriye sahip değildir. Çevresel yük yönü değiştiğinde:

• Bir ayak doğrudan yük tarafında kalabilir.
• İki ayak birlikte yükü karşılayabilir.
• Belirli çaprazlar çekmeye, diğerleri basınca geçebilir.
• Birleşimlerdeki brace-chord kuvvet bileşimi değişebilir.
• Kazıklara aktarılan yatay kuvvet ve moment payları yeniden dağıtılabilir.

Bu nedenle aynı rüzgâr ve dalga büyüklükleri farklı yönlerden uygulandığında aynı kullanım faktörünün elde edilmesi beklenmez.

Monopil ile jacket arasındaki yönsel fark

Monopil, büyük çaplı tek bir silindirik temeldir ve küresel yatay rijitliği birçok durumda yöne daha az duyarlıdır. Rüzgâr-dalga sapması monopilin küresel tepkisini etkileyebilse de yük aktarım geometrisi jacket kadar çok sayıda ayrı üyeye ve birleşime bölünmez.

Jacket yapıda ise yön değişikliği yalnızca toplam taban kuvvetini değil, kuvvetin hangi çaprazdan, hangi ayaktan ve hangi boru birleşiminden geçtiğini de belirler. Çalışmanın yerel birleşimlerde bulduğu yüksek yön hassasiyeti bu geometrik farkla uyumludur.

Çevresel kontur yöntemi ne yapar?

Çevresel kontur, belirli bir dönüş periyoduna karşılık gelen rüzgâr, dalga ve diğer çevresel değişken kombinasyonlarını tanımlar. Amaç, bütün çevresel zaman serisini simüle etmek yerine yapısal tasarım açısından anlamlı sınırlı bir koşul kümesi seçmektir.

İki değişkenli hiyerarşik koşullu model genel olarak:

\[ f_{X,Y}(x,y)=f_X(x)\,f_{Y|X}(y|x) \]

şeklinde ifade edilir.

• f_X(x): Birinci çevresel değişkenin marjinal olasılık yoğunluğu,
• f_Y|X(y|x): İkinci değişkenin birinci değişkene bağlı koşullu yoğunluğu,
• f_X,Y(x,y): Birleşik yoğunluktur.

Copula tabanlı alternatif gösterim ise:

\[ f_{X,Y}(x,y)=f_X(x)f_Y(y)c\left(F_X(x),F_Y(y)\right) \]

biçimindedir. Copula fonksiyonu, marjinal dağılımları değişkenler arasındaki bağımlılık yapısından ayırmayı amaçlar. Bununla birlikte kuyruk verisinin sınırlı olduğu yüksek boyutlu sorunlarda copula ailesinin seçimi ayrıca model belirsizliği yaratabilir.

Dairesel değişkenlerin özel sorunu

Rüzgâr ve dalga yönleri doğrusal değişkenler değildir. 0° ile 360° aynı yönü temsil eder. Bu nedenle sıradan doğrusal dağılımların yön verisine doğrudan uygulanması sınır bölgesinde sorun oluşturabilir.

Çalışmanın literatür bölümünde yön dağılımı, von Mises bileşenlerinin karışımıyla şu şekilde gösterilmektedir:

\[ f_{\theta}(\theta)=\sum_{i=1}^{n}\omega_i f_i(\theta) \]

\[ f_i(\theta)= \frac{\exp\left[\kappa_i\cos(\theta-\mu_i)\right]} {2\pi I_0(\kappa_i)} \]

• ω_i: Karışım bileşeninin ağırlığı,
• μ_i: Ortalama yön,
• κ_i: Yönlerin ortalama çevresinde ne kadar yoğunlaştığını gösteren konsantrasyon katsayısı,
• I₀: Birinci tür sıfırıncı mertebe değiştirilmiş Bessel fonksiyonudur.

Bu bağıntılar çalışmanın doğrudan DiREC hesaplamasında kullanılan ana dağılım değildir; yönlü çevresel kontur yöntemlerinin kuramsal arka planını açıklamak amacıyla sunulmuştur.

IFORM yaklaşımı

Inverse First-Order Reliability Method, çevresel değişkenleri standart normal olasılık uzayına dönüştürerek belirli güvenilirlik veya dönüş periyoduna karşılık gelen bir kontur üretir. Yöntem açık deniz standartlarında yaygın biçimde kullanılmaktadır.

Bu çalışmadaki IFORM uygulaması oldukça sade bir tasarım durumudur:

• Mutlak rüzgâr yönü 0°’de sabitlenmiştir.
• Dalga yönü rüzgâr yönüyle tam hizalı kabul edilmiştir.
• 10 m yükseklikteki 50 yıllık ortalama rüzgâr hızı 50 m/s alınmıştır.
• 50 yıllık anlamlı dalga yüksekliği 12,53 m’dir.
• Azami dalga yüksekliği 23,31 m olarak verilmiştir.
• Tepe periyodu 12,54 s’dir.
• Yaw sapmasının -8° ve +8° değerleri için iki simülasyon yapılmıştır.

IFORM, çalışmada hizalı ve sabit yönlü temel karşılaştırma yöntemi olarak kullanılmıştır.

D-IFORM yaklaşımı

Direct IFORM, açık bir çok değişkenli birleşik dağılım kurmadan, normalize edilmiş gözlemleri farklı doğrultu vektörlerine izdüşürerek aşırı değerleri belirlemeyi amaçlayan modelden bağımsız bir yaklaşımdır.

Normalize edilmiş çok boyutlu gözlem vektörü Y, birim doğrultu vektörü u üzerine:

\[ R_u=u\cdot Y \]

şeklinde izdüşürülür. Her doğrultudaki izdüşürülmüş örnek tek değişkenli bir aşırı değer problemine dönüştürülür. Çalışmanın yöntem açıklamasında bu kuyruk değerlerinin eşik üstü yaklaşımı ve genelleştirilmiş Pareto dağılımıyla belirlenebileceği aktarılmaktadır.

Uygulamadaki D-IFORM yük durumlarında:

• Mutlak rüzgâr yönü yine 0°’de sabittir.
• Rüzgâr-dalga sapmaları 0°, ±30° ve ±90° olarak seçilmiştir.
• Her sapma için -8° ve +8° yaw durumu kullanılmıştır.
• Toplam on simülasyon yapılmıştır.

Sapma açısının büyüklüğü arttıkça seçilen dalga yüksekliği ve tepe periyodu azalmıştır. Ancak +30° ile -30° aynı çevresel büyüklüklere sahip olsa da jacket geometrisine farklı yönlerden etki ettikleri için aynı yapısal sonucu üretmeleri zorunlu değildir.

DiREC yaklaşımı

Directionally Resolved Environmental Contour, çalışmanın yazarları tarafından geliştirilen sektör tabanlı bir yöntemdir. DiREC hem mutlak rüzgâr yönünü hem de dalganın rüzgâra göre sapmasını ayrı ayrı çözer.

Yöntemin temel adımları şunlardır:

1. Rüzgâr ve dalga kayıtları 3 saatlik bloklar hâlinde eşleştirilir.
2. Her blokta ortalama anlamlı dalga yüksekliği ve dairesel ortalama dalga yönü, en yüksek saatlik rüzgâr hızı ve onun yönüyle eşleştirilir.
3. Belirli bir rüzgâr sektörünün merkezine göre ilk yön filtresi uygulanır.
4. Aynı anda gözlenen dalgalar hedeflenen rüzgâr-dalga sapmasına göre ikinci kez filtrelenir.
5. Her sektör ve sapma aralığı için tek değişkenli aşırı değer dağılımı kurulur.
6. 50 yıllık anlamlı dalga yüksekliği ve ona bağlı tepe periyodu elde edilir.
7. Bu değerler sektörün 50 yıllık rüzgâr hızıyla birleştirilerek yapısal simülasyona aktarılır.

DiREC’te kullanılan yön aralığı

Çalışmadaki ampirik dağılıma göre eş zamanlı rüzgâr-dalga olaylarının yaklaşık %60’ı ±30° sapma içinde kalmaktadır. Yüksek rüzgâr hızlarında dağılım küçük sapma açılarına daha fazla yoğunlaşırken düşük rüzgâr hızlarında uzaktan gelen swell etkisiyle dağılım genişlemektedir.

Bu nedenle DiREC analizi:

\[ -30^\circ\leq\varphi\leq+30^\circ,\qquad \Delta\varphi=2^\circ \]

aralığında yürütülmüştür.

• φ: Dalga yönünün rüzgâr yönüne göre sapması,
• Δφ: 2°’lik yön adımıdır.

İncelenen mutlak rüzgâr sektör merkezleri 195°, 225°, 255°, 285°, 315° ve 345°’dir. Bunlar sahadaki en şiddetli rüzgâr ve dalga koşullarının yoğunlaştığı 180°-360° coğrafi bölgesini temsil etmektedir.

İki aşamalı yön filtresi

Birinci aşamada her rüzgâr sektör merkezi için ±15° içindeki eş zamanlı durumlar alınmıştır. İkinci aşamada, hedef dalga yönünün çevresinde ayrı bir dalga sektörü filtresi uygulanmıştır.

Örneğin rüzgâr sektör merkezi 195° ve hedef sapma +2° olduğunda hedef dalga yönü:

\[ \theta_W=195^\circ+2^\circ=197^\circ \]

olmaktadır. İlk filtreden geçen olaylar içinden 197° çevresindeki dalgalar seçilerek bu sapma durumunun örneği oluşturulmuştur.

Dalga sektörü genişliği neden önemlidir?

Çalışmada dalga yönü için ±5°, ±10° ve ±15° yarı genişlikler denenmiştir. Çok dar ±5° filtre:

• Bazı sapma aralıklarında 20’den az gözlem bırakmıştır.
• Kararsız ve kesintili yönsel eğriler üretmiştir.
• Aşırı değer parametrelerinin güvenilir tahminini zorlaştırmıştır.

±10° ve ±15° sonuçları birbirine daha yakın ve daha düzgün bulunmuştur. Araştırmacılar, yönsel çözünürlüğü mümkün olduğunca korurken yeterli örnek sayısını sağladığı için ±10° yarı genişliği tercih etmiştir.

Her yönsel örnek için en az 20 bağımsız gözlem koşulu aranmış; bu sayının altında kalan aralıklar analizden çıkarılmıştır.

Üç parametreli Weibull modeli

DiREC’in sektör bazlı 50 yıllık değerleri üç parametreli Weibull dağılımıyla belirlenmiştir:

\[ F(h)= \begin{cases} 0, & h<\gamma \\ 1-\exp\left[-\left(\dfrac{h-\gamma}{\alpha}\right)^\beta\right], & h\geq\gamma \end{cases} \]

• h: Anlamlı dalga yüksekliği,
• α: Ölçek parametresi,
• β: Şekil parametresi,
• γ: Konum parametresidir.

Parametreler maksimum olabilirlik tahminiyle belirlenmiş; günlük maksimum istatistiğine karşılık gelen aşılmama olasılığı kullanılarak dağılım ters çevrilmiş ve 50 yıllık dönüş değeri elde edilmiştir.

Bu aşamada rüzgâr ve dalga aşırı değerleri ayrı marjinal değişkenler olarak değerlendirilmiştir. DiREC, rüzgâr ile dalga için ortak bir çok değişkenli dağılım kurmamaktadır.

Sektörlere göre temel DiREC çevresel koşulları

Bu tablo, DiREC’in sektörlere koşullandırılmış rüzgâr hızlarının IFORM’daki koşulsuz 50 m/s değerinden belirgin biçimde düşük olduğunu da göstermektedir. Küresel yüklerin DiREC’te daha düşük çıkmasının bir bölümü bu farklı çevresel karakterizasyonla ilişkilidir.

En yüksek dalga her zaman tam hizalanmada mı oluşmuştur?

Hayır. Ek A’daki 2° çözünürlüklü tablolar, en yüksek sektör koşullu dalga yüksekliğinin çoğu sektörde φ=0° dışında ortaya çıktığını göstermektedir:

Bu değerler, en yüksek dalga koşullarının dar bir “tam hizalanma noktası” yerine yaklaşık ±10°-15° ve bazı sektörlerde daha geniş küçük sapma bölgesi üzerinde bir plato oluşturabildiğini göstermektedir.

Ancak en yüksek dalgaya sahip 225° sektörü, en yüksek yapısal kullanım faktörünü üretmemiştir. Yapısal talep dalga büyüklüğüyle birlikte jacket yönelimi, rüzgâr yönü, dalga yönü, yaw işareti ve yerel yük yoluna bağlıdır.

Saha ve metocean veri temeli

Türbinin Alman Kuzey Denizi’nde bulunduğu varsayılmıştır. Saha koşulları:

• 48,2 m su derinliği,
• Ortalama deniz seviyesinde 0,266 m/s normal akıntı,
• Ortalama deniz seviyesinde 1,35 m/s aşırı akıntı,
• -2 m ile 40 m aralığında 100 mm deniz büyümesi,
• Daha derin bölgelerde 50 mm deniz büyümesi,
• 1.325 kg/m³ deniz büyümesi yoğunluğu,
• 1.025 kg/m³ deniz suyu yoğunluğu

olarak tanımlanmıştır.

Çevresel kayıtlar CoastDat-2 yeniden analiz/hindcast veri kümesinden alınmış ve FINO-1 araştırma platformu ölçümleriyle desteklenmiştir. Metin, yönsel dağılım değerlendirmesinde 68 yıllık gözlem dönemine atıfta bulunmaktadır.

Zemin modeli

FINO-1 zemin profili 18 tabakayla temsil edilmiştir. Tabakalar çoğunlukla gevşek ile çok sıkı arasında değişen kumlardan, bazı derinliklerde ise kum-silt karışımından oluşmaktadır.

Tabakaya bağlı:

• Batık birim hacim ağırlık 7,5–11 kN/m³,
• İçsel sürtünme açısı 15°–45°

arasında değişmektedir.

Kazık-zemin etkileşimi:

• Yanal davranış için p-y,
• Eksenel sürtünme için t-z,
• Kazık ucu için q-z

ilişkileriyle modellenmiştir.

Zemin davranışı doğrusal olmadığı için temsilî yük seviyelerinde doğrusallaştırılmış eşdeğer rijitlik matrisleri oluşturulmuş ve kazık başlarına yay olarak uygulanmıştır. Matrisler yalnızca doğrusal öteleme rijitliklerini değil, öteleme ve dönme bileşenleri arasındaki çapraz terimleri de içermektedir.

Jacketin saha yönelimi

Jacket, bir ayağı sahadaki baskın kuzey-kuzeybatı dalga yönüne bakacak biçimde yönlendirilmiştir. Diğer iki ayak yükün arka tarafında kalmaktadır.

Bu seçim, iki ayağın aynı anda yük tarafında kaldığı yönelimin arka ayakta daha yüksek talep yaratabileceğini ve tek ayağın dalgaya bakmasının kazık gömülme ihtiyacı ile toplam kazık kütlesini azaltabileceğini belirten önceki tasarım çalışmalarıyla gerekçelendirilmiştir.

Aerodinamik yüklerin hesaplanması

Rotor, nacelle ve kule üzerindeki aerodinamik yük zaman serileri OpenFAST 3.1 ile üretilmiştir. Türbülanslı rüzgâr alanları TurbSim içinde Kaimal spektrumu kullanılarak hazırlanmıştır.

IEC tasarım çerçevesine uygun olarak aşırı türbülanslı rüzgâr durumunda:

\[ \psi_{\mathrm{yaw}}=\pm8^\circ \]

yaw sapmaları dikkate alınmıştır.

OpenFAST’ten elde edilen kuvvet ve moment zaman serileri, kule-geçiş parçası arayüzündeki düğümden Sesam jacket modeline dış yük olarak aktarılmıştır.

Hidrodinamik yükler

Dalga ve akıntı yükleri Sesam içinde Morison denklemiyle hesaplanmıştır. Düzensiz dalga alanı JONSWAP spektrumu ile temsil edilmiştir.

Hidrodinamik hesapta:

• Dalga kinematiği,
• Akıntı,
• Deniz büyümesinin çap ve kütle etkisi,
• Su dolu elemanlardaki iç suyun ek kütle etkisi,
• Zemin ve kazık başı esnekliği

birlikte dikkate alınmıştır.

“Tam bağlaşık” analiz ifadesi nasıl anlaşılmalıdır?

Çalışma iş akışını tam bağlaşık aero-hidro-servo-elastik değerlendirme olarak tanımlamaktadır. Yöntem açıklamasında aerodinamik yükler OpenFAST içinde üretildikten sonra Sesam jacket modeline aktarılmaktadır; hidrodinamik ve temel yükleri Sesam içinde çözülmektedir.

PDF’de Sesam jacket deformasyonlarının aynı zaman adımı içinde yeniden OpenFAST rotor modeline geri gönderildiği çift yönlü, iteratif bir yazılım bağlaşımı ayrıntılı olarak açıklanmamaktadır. Bu nedenle yöntemin yeniden uygulanmasında “tam bağlaşık” ifadesinin yazılımlar arasındaki tek yönlü yük aktarımı mı yoksa ek bir geri besleme mekanizması mı içerdiğinin ayrıca belgelenmesi yararlı olacaktır.

Zaman alanı simülasyonları

Her simülasyon için ilk 20 saniye sayısal başlangıç geçişlerini bastırmak amacıyla çıkarılmıştır. Ardından 10 dakikalık kararlı bölüm değerlendirilmiştir.

Yöntemlere göre yük durumu sayıları:

Bu karşılaştırma yalnızca farklı olasılıksal yöntemleri değil, aynı zamanda büyük ölçüde farklı yönsel örnekleme yoğunluklarını da karşılaştırmaktadır. Çalışma bu durumu açıkça belirtmektedir.

Nihai sınır durumu ve kullanım faktörü

Yapısal kod kontrolleri NORSOK N-004’e göre yürütülmüştür. Kullanım faktörü:

• UF < 1,0 ise yeterli,
• UF = 1,0 ise tasarım direncine ulaşmış,
• UF > 1,0 ise yetersiz

olarak yorumlanmaktadır.

UF’nin 0,20 olması, elemanın bütün anlamlarda yalnızca “%20 gerilmeyle” çalıştığı anlamına gelmez. Kullanım faktörü, eksenel kuvvet, eğilme, burkulma ve ilgili tasarım dirençlerini bir etkileşim denkleminde birleştiren kod oranıdır.

Çekme ve iki eksenli eğilme kontrolü

Çekme altındaki boru üyeler için PDF’de verilen etkileşim:

\[ UF_t= \left(\frac{N_{Sd,t}}{N_{t,Rd}}\right)^{1{,}75} + \frac{\sqrt{M_{y,Sd}^2+M_{z,Sd}^2}}{M_{Rd}} \leq1{,}0 \]

• N_Sd,t: Tasarım çekme kuvveti,
• N_t,Rd: Tasarım çekme direnci,
• M_y,Sd, M_z,Sd: Yerel eksenlerdeki tasarım eğilme momentleri,
• M_Rd: Tasarım eğilme direncidir.

Basınç, burkulma ve iki eksenli eğilme kontrolü

Basınç altındaki üyelerde iki tamamlayıcı kontrolün büyüğü yönetici kabul edilmiştir:

\[ UF_c=\max(UF_{c,1},UF_{c,2})\leq1{,}0 \]

\[ UF_{c,1}= \frac{N_{Sd,c}}{N_{c,Rd}} + \frac{1}{M_{Rd}} \left[ \left( \frac{C_{my}M_{y,Sd}} {1-N_{Sd,c}/N_{Ey}} \right)^2 + \left( \frac{C_{mz}M_{z,Sd}} {1-N_{Sd,c}/N_{Ez}} \right)^2 \right]^{1/2} \leq1{,}0 \]

\[ UF_{c,2}= \frac{N_{Sd,c}}{N_{cl,Rd}} + \frac{\sqrt{M_{y,Sd}^2+M_{z,Sd}^2}} {M_{Rd}} \leq1{,}0 \]

• N_Sd,c: Tasarım basınç kuvveti,
• N_c,Rd: Genel basınç direnci,
• N_cl,Rd: Yerel burkulma direnci,
• N_Ey, N_Ez: İki yerel eksendeki Euler burkulma kuvvetleri,
• C_my, C_mz: Moment dağılımı ve sınır koşullarına bağlı azaltma katsayılarıdır.

Boru birleşimi zımbalama kontrolü

Brace kuvvetlerinin chord borusuna yerel aktarımı için verilen birleşim kullanım bağıntısı:

\[ UF_{\mathrm{joint}}= \frac{N_{Sd}}{N_{Rd}} + \left(\frac{M_{y,Sd}}{M_{y,Rd}}\right)^2 + \frac{M_{z,Sd}}{M_{z,Rd}} \leq1{,}0 \]

şeklindedir.

Denklem 12 PDF’de bu biçimde basılmıştır: y momenti oranı kareliyken z momenti oranında kare işareti görünmemektedir. Bu Türkçe açıklamada formül sessizce değiştirilmemiştir. NORSOK uygulamasını yeniden üretmek isteyen araştırmacıların, bu gösterimi ilgili standardın özgün bağıntısıyla karşılaştırması gerekir.

Üye kontrollerinin sonuçları

IFORM ile D-IFORM aynı yönetici üye ve konumu üretmiştir. D-IFORM’daki sıfır olmayan sapmalar ikinci ve daha alt sıralardaki üye kontrollerini değiştirmiş, fakat mutlak maksimumu değiştirmemiştir.

DiREC’in maksimum üye kullanımı:

• IFORM’dan yaklaşık %6,1,
• D-IFORM’dan yaklaşık %4,7

daha düşüktür.

Buna karşılık DiREC’in ilk on üye sonucu birbirine daha yakın kalmıştır. Şekil 10(a)’daki sıralı kullanım eğrisi, DiREC’in daha yatay azaldığını göstermektedir. Bu, tek bir ezici yönetici durum yerine çok sayıda yönsel olarak farklı ve yöneticiye yakın durum bulunduğunu ifade eder.

DiREC’teki yöneticiye yakın üye durumları

İlk beş sonucun dört farklı rüzgâr sektörüne dağılması, kritik üye talebinin yalnızca en yüksek dalga sektörüyle açıklanamayacağını göstermektedir.

Boru birleşimi kontrollerinin sonuçları

D-IFORM, IFORM’a göre en yüksek birleşim UF’sini yaklaşık %1,8 artırmış ve yönetici birleşimi değiştirmiştir. Mutlak rüzgâr yönü sabit kalmasına rağmen dalga yönünün -30° sapması, brace-chord kuvvet aktarımını farklı bir birleşimde kritik hâle getirmiştir.

DiREC’in 0,197’lik birleşim kullanımı:

• IFORM’dan yaklaşık %15,9,
• D-IFORM’dan yaklaşık %13,9

daha yüksektir.

DiREC’teki başlıca birleşim durumları

Şekil 10(b)’de DiREC eğrisi sıralamaların büyük bölümünde IFORM ve D-IFORM eğrilerinin üzerinde kalmaktadır. Bu nedenle yönsel ayrıntı yalnızca tek bir birleşim maksimumunu yükseltmemiş, yöneticiye yakın yerel birleşimlerin genel zarfını da genişletmiştir.

Neden birleşimler üyelere göre daha hassastır?

Bir üyenin kullanım faktörü, eleman boyunca oluşan eksenel kuvvet ve eğilmenin o üyenin kapasitesiyle ilişkisini gösterir. Birleşim kontrolü ise bir brace elemanındaki kuvvet ve momentlerin chord cidarına yerel aktarımına bağlıdır.

Yön değiştiğinde jacket içindeki toplam kuvvet benzer kalabilse bile:

• Çekme ve basınç taşıyan çaprazlar yer değiştirebilir.
• Brace kuvvetinin chord’a giriş açısı değişebilir.
• Düzlem içi ve düzlem dışı eğilme bileşenleri yeniden dağılabilir.
• Belirli bir boru birleşimindeki yerel zımbalama talebi büyüyebilir.

DiREC’te küresel yüklerin azalırken yerel birleşim kullanımının artması bu yük yolu mekanizmasıyla açıklanmaktadır.

Yaw işaretinin etkisi

Governing üye durumlarının tamamı -8° yaw sapmasıyla ilişkilidir. Önde gelen DiREC birleşim durumlarının da büyük bölümü -8° yaw işaretinde oluşmuştur.

+8° ve -8° aynı mutlak sapma büyüklüğüne sahip olsa da yapısal tepki simetrik değildir. Bunun olası nedenleri:

• Rotor aerodinamik itkisinin yönü,
• Rotor ve nacelle geometrisi,
• Kule ve jacket arasındaki doğrusal olmayan kuvvet aktarımı,
• Dalga yüküyle aerodinamik yükün faz ve yön bileşimi,
• Üç ayaklı jacketin dönel simetriye sahip olmaması

olarak yorumlanmaktadır.

Küresel taban kesmesi

Mudline seviyesindeki yatay reaksiyonların bileşkesi:

\[ V(t)=\sqrt{F_x(t)^2+F_y(t)^2} \]

şeklinde hesaplanmıştır.

• F_x(t), F_y(t): Zamanla değişen iki yatay reaksiyon bileşeni,
• V(t): Anlık taban kesmesidir.

Devrilme momenti

İki yatay eksen çevresindeki momentlerin bileşkesi:

\[ M_{OT}(t)=\sqrt{M_x(t)^2+M_y(t)^2} \]

olarak hesaplanmıştır.

Tablodaki değerlere göre:

• D-IFORM taban kesmesi IFORM’dan yaklaşık %2,1 düşüktür.
• DiREC taban kesmesi IFORM’dan yaklaşık %8,9 düşüktür.
• D-IFORM devrilme momenti IFORM’dan yaklaşık %2,3 düşüktür.
• DiREC devrilme momenti IFORM’dan yaklaşık %8,3 düşüktür.

Bu yüzdeler tablodaki değerlerden hesaplanan karşılaştırmalardır.

DiREC küresel tepki sonucunun önemli sınırı

IFORM ve D-IFORM için küresel zaman serileri bütün yük durumlarından değerlendirilmiştir. DiREC için ise küresel tepki zaman serileri, ULS kontrollerinde en yüksek sıralanan yapısal alt küme için çıkarılmıştır.

Bu nedenle 10,59 MN ve 356,61 MN·m değerleri bütün 372 DiREC yük durumunun mutlak küresel maksimumu olarak değil, yapısal olarak seçilmiş yönetici alt kümenin maksimumu olarak yorumlanmalıdır.

Zaman serilerinin biçimi

Şekil 15, taban kesmesinin yüksek tepkili bir zaman aralığını göstermektedir. IFORM, D-IFORM ve DiREC eğrileri:

• Benzer tepe zamanlarına,
• Benzer dalgalanma biçimine,
• Yakın frekans içeriğine

sahiptir.

IFORM ile D-IFORM büyük ölçüde üst üste gelmekte, DiREC ise çoğu tepede biraz daha düşük genlik göstermektedir. Yöntem seçiminin bu örnekte küresel zaman serisinin temel dinamik karakterinden çok tepe büyüklüğünü ve yerel kuvvet dağılımını değiştirdiği sonucuna varılmıştır.

Şekillerin ayrıntılı yorumu

Şekil 1: D-IFORM izdüşüm mantığı

Normalize edilmiş iki boyutlu gözlemler farklı açılardaki doğrultu vektörlerine izdüşürülmektedir. Aynı gözlem, vektörün yönüne göre farklı izdüşüm mesafesi alır. Böylece belirli bir çevresel değişken bileşiminde aşırı olan durumlar tek boyutlu kuyruk örneğinde öne çıkar.

Şekil 2: DiREC algoritması

İki kutup grafiği, dalga yüksekliği ve dalgayla eş zamanlı rüzgâr hızının yön sektörlerinde nasıl seçildiğini gösterir. Alt kısımdaki dağılım grafikleri, sektör örneklerine tek değişkenli aşırı değer dağılımı uydurulmasını ve 50 yıllık değerlerin elde edilmesini göstermektedir.

Şekil 3: 25 MW türbin ve jacket geometrisi

Şemada 148 m kule, 78,2 m jacket ve 65 m kazık gömülmesi birlikte gösterilmektedir. Rüzgâr yükü rotor-kule bölgesine, dalga ve akıntı yükleri su altındaki jacket üyelerine etki etmektedir.

Şekil 4: Jacket yönelimi

Üç ayağın plan görünüşü, bir ayağın baskın dalga yönüne bakacak biçimde yerleştirildiğini göstermektedir. Leg 1, Leg 2 ve Leg 3 konumları, sonraki yönsel tepki sonuçlarını yorumlamak için geometrik referans sağlar.

Şekil 5: Rüzgâr-dalga sapması dağılımı

Histogramda küçük sapma açıları en yüksek sıklığa sahiptir. Rüzgâr hızı yükseldikçe dağılım 0° çevresinde daha fazla yoğunlaşmaktadır. Grafiğin içindeki harita, incelenen Kuzey Denizi saha konumunu göstermektedir.

Şekil 6: Sektör yarı genişliğinin etkisi

Altı kutup grafiğinde ±5°, ±10° ve ±15° filtre sonuçları karşılaştırılmaktadır. ±5° eğrileri daha düzensiz ve yer yer kesintilidir. ±10° ile ±15° eğrileri büyük ölçüde benzer olduğundan ±10° çözünürlük-veri miktarı dengesi için seçilmiştir.

Şekil 7: Bağlaşık yük ortamı

Sol bölüm rotor ve kule üzerindeki aerodinamik ile yerçekimi yüklerini, sağ bölüm ise jacket üzerindeki dalga, akıntı, yerçekimi ve kazık başı yaylarını göstermektedir. Kırmızı arayüz düğümü OpenFAST yüklerinin Sesam modeline aktarıldığı konumdur.

Şekil 8: Zemin-kazık doğrusallaştırması

Doğrusal olmayan zemin tepki eğrisi, temsilî yük seviyesi çevresinde eşdeğer bir doğrunun eğimiyle ifade edilmektedir. Elde edilen doğrusal yaylar üç kazık başına uygulanmaktadır.

Şekil 9: Üye kimlikleri

BM3’ten BM57’ye kadar çok sayıda jacket elemanının su seviyesi ve deniz tabanına göre konumu işaretlenmiştir. Yönetici BM39, BM42, BM26 ve BM51 gibi üyelerin jacketin farklı yüzleri ve çapraz sistemleri üzerinde bulunduğu görülmektedir.

Şekil 10: Sıralı kullanım faktörleri

Üye grafiğinde DiREC ilk sırada daha düşük olmasına rağmen sonraki sıralarda IFORM ve D-IFORM’un üzerinde veya onlara yakın kalmaktadır. Birleşim grafiğinde DiREC çoğu sırada en yüksek eğriyi oluşturur. Bu iki grafik, “tek maksimum” ile “geniş kritik zarf” arasındaki farkı açık biçimde göstermektedir.

Şekil 11: Birleşim kimlikleri

JT5–JT30 arasındaki boru birleşimleri jacket yüksekliği boyunca işaretlenmiştir. Yönetici JT28, JT23 ve JT27 gibi birleşimler farklı ayak ve çapraz sistemlerine bağlıdır.

Şekil 12: Üye ve birleşim maksimumlarının karşılaştırılması

IFORM’dan DiREC’e doğru mavi üye sütunu düşerken turuncu birleşim sütunu yükselmektedir. Grafik, yönsel çözünürlüğün küresel üye maksimumu ile yerel birleşim maksimumu üzerinde zıt etkiler oluşturduğunu özetler.

Şekil 13: Kritik durumların kutupsal dağılımı

Açısal eksen mutlak rüzgâr yönünü, radyal eksen kullanım faktörünü, renk ise rüzgâr-dalga sapmasını göstermektedir. Noktalar bütün yönlere eşit dağılmamış; özellikle 315° ve 195° çevresinde kümelenmiştir.

Şekil 14: Küresel yükler

Taban kesmesi ve devrilme momenti sütunları IFORM, D-IFORM ve DiREC sırasıyla azalmaktadır. Bu grafik tek başına değerlendirildiğinde DiREC daha düşük talep üretiyor gibi görünse de Şekil 12’deki yerel birleşim artışıyla birlikte yorumlanmalıdır.

Şekil 15: Taban kesmesi zaman geçmişi

Üç yöntem için belirgin tepeler yaklaşık aynı zamanlarda oluşur. DiREC eğrisinin tepe genliği biraz düşükken sinyalin genel zamansal biçimi benzerdir.

Çalışmanın güçlü yönleri

• 25 MW sınıfında büyük ve dönel simetrisi olmayan üç ayaklı jacket sistemi incelenmiştir.
• IFORM, D-IFORM ve DiREC aynı türbin ve taşıyıcı model üzerinde karşılaştırılmıştır.
• Mutlak rüzgâr yönü ile rüzgâr-dalga sapması ayrı değişkenler olarak değerlendirilmiştir.
• DiREC’te -30° ile +30° arası 2° çözünürlükle taranmıştır.
• Altı farklı mutlak rüzgâr sektörü kullanılmıştır.
• 68 yıllık metocean veri temeline dayalı yönsel dağılım değerlendirilmiştir.
• Dalga sektörü genişliğinin örnek sayısı ve eğri düzgünlüğü üzerindeki etkisi karşılaştırılmıştır.
• En az 20 bağımsız gözlem koşulu uygulanmıştır.
• Aerodinamik, hidrodinamik, deniz büyümesi ve temel esnekliği aynı analiz zincirinde dikkate alınmıştır.
• Yalnızca küresel taban yükleri değil, üye ve birleşim seviyesinde kod kontrolleri yapılmıştır.
• 372 DiREC yük durumu, geniş bir yönsel tepki zarfı sağlamıştır.
• Negatif ve pozitif yaw işaretleri ayrı simüle edilmiştir.
• Üye maksimumu ile birleşim maksimumunun farklı eğilim göstermesi açıkça ortaya konmuştur.
• Eklerde bütün sektörlerin 2° aralıklı dalga yüksekliği ve tepe periyodu değerleri verilmiştir.

Çalışmanın sınırlılıkları

• Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir.
• Sonuçlar tek bir 25 MW referans türbin ve tek bir üç ayaklı jacket geometrisine aittir.
• Yalnızca Alman Kuzey Denizi’ndeki belirli bir saha değerlendirilmiştir.
• Analiz 50 yıllık dönüş periyodu ve DLC 6.1 nihai sınır durumu koşuluyla sınırlıdır.
• Normal işletme, park hâli dışındaki farklı arıza durumları ve diğer tasarım yük durumları incelenmemiştir.
• Yorulma hasarı veya uzun dönem çevrim birikimi hesaplanmamıştır.
• DiREC sektörlerinin gerçek oluşma olasılıkları nihai yapısal sıralamaya ağırlık olarak dâhil edilmemiştir.
• DiREC’te rüzgâr ve dalga için ortak çok değişkenli kuyruk dağılımı kurulmamıştır.
• Yalnızca 180°-360° arasındaki altı rüzgâr sektörü yapısal DiREC analizine alınmıştır.
• DiREC sapması ±30° ile sınırlandırılmıştır; daha seyrek görülen büyük sapmalar yapısal taramada yer almamıştır.
• Dar sektörlerde yetersiz örnek nedeniyle bazı yön aralıkları analiz dışı bırakılmıştır.
• Üç parametreli Weibull modelinin diğer aşırı değer dağılımlarına göre üstünlüğü kapsamlı model seçimi ölçütleriyle karşılaştırılmamıştır.
• Dağılım parametreleri ve 50 yıllık dönüş değerleri için güven aralıkları raporlanmamıştır.
• Metocean veri ve model belirsizliğinin yapısal UF sonuçlarına yayılımı verilmemiştir.
• IFORM, D-IFORM ve DiREC çok farklı sayıda yük durumu içerdiği için yöntem etkisi ile örnekleme yoğunluğu etkisi tamamen ayrıştırılamamaktadır.
• Her yük durumu için birden fazla bağımsız türbülans veya dalga tohumu üzerinden istatistiksel dağılım raporlanmamıştır.
• Zemin davranışı doğrusal değildir; zaman alanı analizinde temsilî yük seviyelerinde doğrusallaştırılmıştır.
• Kazık-zemin parametre belirsizliği için olasılıksal duyarlılık analizi yapılmamıştır.
• Yapısal model gerçek bir 25 MW saha türbininin ölçülmüş tepki verileriyle doğrulanmamıştır.
• OpenFAST ile Sesam arasında çift yönlü dinamik geri besleme ayrıntılı biçimde belgelenmemiştir.
• DiREC küresel taban yükleri bütün 372 durumdan değil, yapısal olarak yüksek sıralanan alt kümeden çıkarılmıştır.
• Bütün kullanım faktörleri yaklaşık 0,20 düzeyinde veya altındadır; kapasite sınırına daha yakın optimize edilmiş bir jacket farklı yönsel duyarlılık gösterebilir.
• Denklem 12’de moment terimlerinin üs gösterimi bakımından asimetrik bir yazım bulunmaktadır.
• Yazar bazında CRediT katkı beyanı, çıkar çatışması ve açık veri erişim beyanı PDF’de sunulmamıştır.

Çalışma neyi desteklemektedir?

• Üç ayaklı jacket yapılarında mutlak yük yönü, kritik üye ve birleşimlerin sıralamasını değiştirebilir.
• Rüzgâr-dalga sapması, aynı mutlak rüzgâr yönünde bile yerel kuvvet aktarımını değiştirebilir.
• IFORM ve D-IFORM bu örnekte benzer yönetici üye maksimumu üretmiştir.
• D-IFORM, sıfır olmayan sapmalar nedeniyle ikinci derecedeki kritik üyeleri ve yönetici birleşimi yeniden sıralamıştır.
• DiREC daha düşük tekil üye maksimumu fakat daha geniş yöneticiye yakın üye zarfı üretmiştir.
• DiREC yerel boru birleşimi talebini IFORM’a göre yaklaşık %15,9 yükseltmiştir.
• En kritik DiREC durumları 315° ve 195° sektörlerinde yoğunlaşmıştır.
• En büyük yapısal talep, her zaman en büyük sektör koşullu dalga yüksekliğiyle çakışmamıştır.
• -8° yaw işareti, eşit büyüklükteki +8° sapmaya göre daha kritik üye durumları üretmiştir.
• Küresel taban yükleri yönsel ayrıntıyla azalırken yerel birleşim yükleri artabilir.
• Yalnızca taban kesmesi ve devrilme momentine dayalı değerlendirme, yerel yönsel etkileri kaçırabilir.
• Basitleştirilmiş yöntemler küresel ön tasarım için, yönsel ayrıntılı yöntemler ise yerel birleşim doğrulaması için farklı değerler sağlayabilir.

Çalışma neyi kanıtlamamaktadır?

• DiREC’in bütün açık deniz yapılarında her zaman daha yüksek birleşim talebi üreteceği kanıtlanmamıştır.
• IFORM’un bütün jacket tasarımlarında güvenli veya aşırı muhafazakâr olduğu gösterilmemiştir.
• 0,197 kullanım faktörünün bütün 25 MW jacketler için geçerli olduğu söylenemez.
• 315° yönünün başka sahalarda veya başka jacket geometrilerinde yönetici olacağı gösterilmemiştir.
• -8° yaw işaretinin bütün türbinlerde +8°’den daha kritik olduğu kanıtlanmamıştır.
• En yüksek dalga yüksekliğinin yapısal açıdan önemsiz olduğu sonucu çıkarılamaz.
• DiREC’in tam uzun dönem güvenilirlik analizinin yerine geçtiği gösterilmemiştir.
• Sektör olasılıkları kullanılmadığı için DiREC sıralaması doğrudan toplam arıza olasılığı olarak yorumlanamaz.
• Yapının gerçek denizde 50 yıllık koşullar altında ölçülmüş güvenliği doğrulanmamıştır.
• Çalışma yorulma ömrü veya hasar birikimi hakkında doğrudan sonuç vermemektedir.
• Daha düşük DiREC taban kesmesi bütün yapının daha güvenli olduğu anlamına gelmez.
• Üyelerde düşük maksimum, yerel birleşimlerin daha düşük taleple karşılaştığını göstermemektedir.
• Çalışma ekonomik optimum jacket yönelimini veya en düşük çelik ağırlığını hesaplamamaktadır.

Açık deniz rüzgâr tasarımı açısından olası anlamı

Çalışma, ön tasarım ve ayrıntılı tasarım aşamalarında farklı çevresel yöntemlerin tamamlayıcı kullanılabileceğini önermektedir.

Basitleştirilmiş IFORM ve D-IFORM durumları:

• Küresel taban kesmesi,
• Devrilme momenti,
• İlk temel boyutlandırması,
• Hızlı tasarım karşılaştırması

için muhafazakâr bir zarf sağlayabilir.

DiREC gibi yüksek yön çözünürlüklü yöntemler ise:

• Kritik boru birleşimlerini bulma,
• Brace-chord kuvvet yollarını değerlendirme,
• Yerel kalınlaştırma veya can/stub bölgelerini konumlandırma,
• Jacket yönelimini optimize etme,
• Yakın kritik yük durumlarını tasarım setine ekleme

bakımından daha bilgilendirici olabilir.

Gelecek çalışmaların sektör oluşma olasılıklarını yapısal sıralamaya katması, farklı yük durumlarını ve işletme koşullarını incelemesi, başka jacket geometrilerinde yöntemi sınaması ve yön etkisini yorulma hasarına genişletmesi gerekmektedir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Araştırma tasarımının teknik özeti

Çevresel yöntemlerin teknik karşılaştırması

Üye ve birleşim sonuçlarının özeti

Küresel sonuçların özeti

Temel teknik bulgu

Çalışmada yönsel çözünürlük, bütün tepki ölçütlerini aynı yönde değiştirmemiştir:

• Küresel taban yükleri: DiREC’te azalmıştır.
• En yüksek üye kullanımı: DiREC’te biraz azalmıştır.
• Yöneticiye yakın üye zarfı: DiREC’te genişlemiştir.
• Yerel birleşim kullanımı: DiREC’te belirgin biçimde artmıştır.
• Kritik elemanların konumu: Yön ve sapma kombinasyonuna göre yeniden sıralanmıştır.

Bu nedenle yönsel analizden elde edilen değer yalnızca daha büyük veya daha küçük bir toplam yük değildir. Asıl katkı, yükün jacket içinde nereden aktarıldığını ve hangi birleşimlerin tasarımı yönetebileceğini belirlemektir.

Güvenlik yorumu

Bütün raporlanan üye ve birleşim kullanım faktörleri 1,0 sınırının altındadır. En yüksek değer olan 0,214 bile kapasite sınırından uzaktır. Bu yapı, incelenen model ve yük durumları altında NORSOK ULS kontrollerini geçmektedir.

Ancak düşük kullanım faktörleri, yönsel yöntemin önemsiz olduğu anlamına gelmez. Daha hafif veya kapasiteye daha yakın optimize edilmiş bir jacket yapıda aynı yüzdesel yeniden dağılım, tasarım kararını veya yerel kalınlaştırma ihtiyacını değiştirebilir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Tam özgün başlık: Long-Term Extreme Response Analysis of 25 MW Offshore Wind Turbine Considering Wind-Wave Directional Effects

Yazarlar ve sıraları: Mastaneh Moattari; Boso Schmidt; Chen Zhu; Elyas Ghafoori.

Eş katkı veya eş birinci yazarlık: PDF’de eş katkı veya eş birinci yazarlık beyanı bulunmamaktadır.

Sorumlu yazar: Mastaneh Moattari.

Sorumlu yazar e-postası: moattari@stahl.uni-hannover.de

PDF’de verilen diğer yazar e-postaları: B.Schmidt@ibmb.tu-bs.de; C.Zhu@ibmb.tu-bs.de; ghafoori@stahl.uni-hannover.de

Kurumsal bağlantılar

1. Mastaneh Moattari ve Elyas Ghafoori: Leibniz University Hannover, Institute for Steel Construction, ForWind, Hannover, Almanya.
2. Boso Schmidt ve Chen Zhu: Technical University of Braunschweig, Institute of Building Materials, Concrete Construction and Fire Safety, Braunschweig, Almanya.

Kaynak türü: Sayısal yapısal analiz, aşırı değer istatistiği ve çevresel kontur karşılaştırması içeren preprint araştırma makalesi.

Araştırma alanları: Açık deniz rüzgâr türbinleri, jacket taşıyıcı sistemler, çevresel konturlar, rüzgâr-dalga yön sapması, yapısal güvenilirlik, nihai sınır durumu ve boru birleşimleri.

Sayfa sayısı: 37.

Yayın platformu: SSRN.

SSRN paylaşım tarihi: 15 Haziran 2026.

DOI: 10.2139/ssrn.6945781

Resmî bağlantı:SSRN çalışma kaydı

DOI bağlantısı:DOI kaydı

Hakemlik durumu: Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiştir. PDF’nin her sayfasında “Preprint not peer reviewed” uyarısı yer almaktadır.

Dergi durumu: SSRN’de aynı başlıkla ilişkili bir kayıt, çalışmanın Marine Structures dergisine gönderildiğini belirtmektedir. Ancak hakem değerlendirmesinin tamamlandığı, makalenin kabul edildiği veya dergide yayımlandığı doğrulanmamıştır.

Doğrulanmış hakemli dergi bilgisi: Mevcut sürüm için cilt, sayı, makale numarası ve resmî hakemli yayın tarihi bulunmamaktadır.

Özgün dergi yayınevi: Hakemli dergi yayını doğrulanmadığından mevcut sürüm için belirlenmemiştir. Bilimsel metnin mevcut yayımlanma platformu SSRN’dir.

Finansman ve teşekkür

Çalışma, Alman Araştırma Vakfı Deutsche Forschungsgemeinschaft tarafından Collaborative Research Center CRC 1463, “Integrated Design and Operation Methodology for Offshore Megastructures” kapsamında, 434502799 proje numarasıyla desteklenmiştir.

Araştırmacılar ayrıca Leibniz University IT Services tarafından işletilen merkezi hesaplama kümesini kullanmıştır. Küme için verilen finansman kaydı INST 187/742-1 FUGG’dir.

Yazar katkıları

PDF’de yazarların kavramsallaştırma, yazılım, veri işleme, yapısal modelleme, analiz, görselleştirme veya metin yazımı görevlerini ayrı ayrı gösteren CRediT katkı beyanı bulunmamaktadır. Bu nedenle yazarların bireysel görevleri tahmin edilmemiştir.

Çıkar çatışması

Yüklenen PDF’de açık bir çıkar çatışması beyanı bulunmamaktadır. Bir beyanın bulunmaması, çıkar çatışması olmadığı yönünde bağımsız doğrulama olarak yorumlanmamıştır.

Veri ve kod erişimi

PDF’de CoastDat-2, ERA5, FINO-1, CRC1463 tasarım verileri, OpenFAST, TurbSim ve Sesam kaynakları açıklanmıştır. Bununla birlikte çalışmaya özgü işlenmiş yönsel veri kümesi, MATLAB DiREC kodu, Sesam modeli, OpenFAST giriş dosyaları ve 372 simülasyonun tam zaman serileri için açık bir veri veya kod deposu bağlantısı verilmemiştir.

Makale hazırlama yöntemi

Bu Türkçe Verianla makalesi, kullanıcının yüklediği 37 sayfalık preprintin başlık ve yazar bilgileri, özet, giriş, çevresel kontur kuramı, D-IFORM izdüşüm şeması, DiREC algoritması, üç parametreli Weibull denklemi, 25 MW türbin ve jacket geometrisi, saha ve zemin tabloları, rüzgâr-dalga sapması histogramı, altı yön sektörünün kutup grafikleri, OpenFAST–Sesam analiz şeması, zemin doğrusallaştırması, NORSOK kullanım denklemleri, üye ve birleşim tabloları, sıralı kullanım eğrileri, küresel yük grafikleri, sonuçlar, sınırlılıklar ve Ek A’daki bütün sektör tabloları incelenerek hazırlanmıştır.

Bilimsel içerik yalnızca yüklenen PDF’de sunulan yöntem, veri ve sonuçlara dayanmaktadır. Dış kaynaklar yalnızca başlık, yazar sırası, kurum, DOI, SSRN paylaşım tarihi, platform ve güncel yayın durumunun bibliyografik doğrulanması amacıyla kullanılmıştır. PDF dışından yeni bir yapısal sonuç veya metocean bulgusu eklenmemiştir.

Temel yöntemsel sınır

Çalışmanın en önemli doğrudan sonucu, daha ayrıntılı yönsel çevresel karakterizasyonun küresel aşırı yükleri tekdüze biçimde yükseltmediği; bunun yerine kritik talebi farklı üye, birleşim ve yön durumlarına dağıttığıdır. DiREC, maksimum üye kullanımını düşürürken maksimum yerel birleşim kullanımını yükseltmiştir.

Bu sonuç, tek bir 25 MW referans türbin ve tek bir üç ayaklı jacket modeli için geçerlidir. DiREC’in sektör oluşma olasılıklarını doğrudan yapısal sıralamaya katmaması, küresel DiREC karşılaştırmasının yalnızca seçilmiş yüksek sıralı alt kümeye dayanması ve sonuçların deneysel saha ölçümleriyle doğrulanmaması, yöntemin genellenmesi öncesinde dikkate alınmalıdır.

Çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş bir preprinttir. Bulgular, yönsel çevresel analizlerin gelecek nesil jacket destekli türbinlerde özellikle yerel birleşim tasarımı için değerli olabileceğini göstermekte; belirli bir tasarım standardının, çevresel kontur yönteminin veya jacket yöneliminin bütün projelerde kesin olarak üstün olduğunu kanıtlamamaktadır.