Ochiq dengiz shamol turbinalarining xavfsiz loyihalanishi faqat eng yuqori shamol tezligini yoki eng katta to‘lqinni aniqlash bilangina cheklanmaydi. Shamolning qaysi yo‘nalishdan kelayotgani, to‘lqinning shamol bilan aynan bir yo‘nalishda ekanligi yoki yo‘qligi hamda bu yuklamalarning jaket (jacket) tayanch tizimining oyoqlari va raskoslariga (diagonal bog‘lamalariga) qanday burchak ostida ta’sir qilishi ham konstruktiv kuchlarning taqsimotini o‘zgartirishi mumkin. Ushbu yo‘nalish samarasi doirasimon kesimli va taxminan o‘qiy simmetriyaga ega bo‘lgan monopoya (monopile) konstruksiyalarga qaraganda uch oyoqli jaket tizimlarida ancha muhimdir; chunki jaketning bikrligi va ichki kuch uzatish yo‘llari barcha yo‘nalishlarda bir xil emas.

Ushbu tadqiqotda uch oyoqli jaket poydevoriga o‘rnatilgan 25 MVt sinfidagi ochiq dengiz shamol turbinasining 50 yillik ekstremal yuklama javob reaksiyasi atrof-muhit sharoitlarini tanlashning uch xil usuli yordamida taqqoslanadi: an’anaviy va to‘liq moslashtirilgan IFORM, doimiy shamol yo‘nalishida shamol-to‘lqin og‘ishini hisobga oluvchi D-IFORM hamda ham mutlaq shamol yo‘nalishini, ham shamol-to‘lqin og‘ishini sektorlar kesimida tahlil qiluvchi DiREC.

IFORM uchun faqat ikkita, D-IFORM uchun o‘nta, DiREC uchun esa 372 ta vaqt sohasidagi simulyatsiya amalga oshirilgan. Aerodinamik yuklamalar OpenFAST 3.1 va TurbSim vositalarida shakllantirilgan; jaket, to‘lqin, oqim va poydevor xatti-harakati Sesam dasturida modellashtirilgan. Har bir yuklama holati dastlabki 20 soniyalik sonli o‘tish davri chiqarib tashlangach, 10 daqiqalik tahlil oralig‘ida baholangan. Konstruktiv mustahkamlik NORSOK N-004 standarti doirasida quvur elementlarning birlashtirilgan o‘qiy kuch-egilish tekshiruvlari va quvur birikmalarining mahalliy teshib o‘tish (punching) tekshiruvlari orqali o‘rganilgan.

Elementdan foydalanishning eng yuqori koeffitsiyenti (utilization factor, UF) IFORM usulida 0,214, D-IFORM usulida 0,211 va DiREC usulida 0,201 bo‘lgan. Shunga ko‘ra, DiREC yakka bir elementdagi maksimal foydalanish nisbatini IFORM bilan solishtirganda taxminan 6,1% ga kamaytirgan. Biroq ushbu pasayish yo‘nalishli aniqlik konstruksiyani umumiy jihatdan kamroq zo‘riqtiradi degan ma’noni anglatmaydi. DiREC natijalarida yuqori foydalanish koeffitsiyentiga ega elementlar kengroq va yotiqroq tartiblash egri chizig‘ini hosil qilgan; turli yo‘nalish va og‘ish kombinatsiyalari bir nechta elementlarni bir-biriga yaqin darajada kritik holatga keltirgan.

Mahalliy quvur birikmalarida esa buning mutlaqo aksi bo‘lgan tendensiya kuzatilgan. Birikmadan foydalanishning eng yuqori koeffitsiyenti IFORM usulida 0,170, D-IFORM usulida 0,173 va DiREC usulida 0,197 deb hisoblangan. DiREC qiymati IFORM usuliga nisbatan taxminan 15,9% ga yuqori. Ushbu natija shuni ko‘rsatadiki, mutlaq shamol yo‘nalishi va shamol-to‘lqin og‘ishi batafsilroq tahlil qilinganda, global konstruktiv javob ortmasa ham, brace (raskos) va chord (poyas) elementlari orasidagi mahalliy kuch uzatish ancha kritikroq bo‘lib qolishi mumkin.

DiREC usulining yetakchi yuklama holatlari ayniqsa 315° yo‘nalish sektorida to‘plangan, shuningdek, 195° sektorida ham boshqaruvchi holatga yaqin natijalar aniqlangan. Eng kritik birikma holati: 315° shamol yo‘nalishi, +20° shamol-to‘lqin og‘ishi, 10,88 m xarakteristik to‘lqin balandligi, 11,70 s cho‘qqi davri va -8° yaw og‘ishi sharoitida JT28 birikmasida 0,197 foydalanish koeffitsiyentini keltirib chiqargan. Ushbu holat eng yuqori konstruktiv talab har doim ham eng katta to‘lqin balandligiga ega yo‘nalishda yuzaga kelavermasligini ko‘rsatadi.

Global asosdagi siljish kuchi (base shear) va ag‘darilish momenti (overturning moment) IFORM usulidan D-IFORM va DiREC tomon kamaygan. Eng yuqori asos siljish kuchi mos ravishda 11,62 MN, 11,38 MN va 10,59 MN; eng yuqori ag‘darilish momenti esa 388,85 MN·m, 380,01 MN·m va 356,61 MN·m deb topilgan. Bunga qarama-qarshi ravishda, mahalliy birikma talabi DiREC usulida ortgan. Shu sababli, faqat asos siljish kuchi yoki ag‘darilish momentiga tayanish yo‘nalishli yuklamalarning jaket ichidagi kuch yo‘llarini qanday qayta taqsimlashini e’tibordan chetda qoldirishi mumkin.

Qayd etilgan barcha foydalanish koeffitsiyentlari 1,0 chegarasidan sezilarli darajada past. O‘rganilgan konstruksiya ushbu tahlillarda oxirgi chegara holati (ULS) nuqtayi nazaridan yetarli darajada mustahkam ko‘rinadi. Tadqiqotning asosiy hissasi xavfli holatni aniqlash emas, balki atrof-muhitni yanada batafsil yo‘nalishli modellashtirish boshqaruvchi elementni, yetakchi birikmani va kritik yuklama yo‘nalishini o‘zgartirishi mumkinligini ko‘rsatib berishdan iboratdir.

Tadqiqotning asosiy muammosi nimadan iborat?

Ochiq dengiz shamol turbinalari o‘z xizmat muddati davomida shamol, to‘lqin, oqim, turbulentlik, tortishish kuchi va tuproq-poydevor o‘zaro ta’sirining birikmasiga duchor bo‘ladi. Oxirgi chegara holati, ya’ni ULS (Ultimate Limit State) baholashi konstruksiyaning ehtimolligi past, ammo intensivligi yuqori bo‘lgan atrof-muhit sharoitlarida ko‘tarish qobiliyatini yo‘qotishi yoki yo‘qotmasligini o‘rganadi.

Konstruksiyaning o‘nlab yillik xizmat muddatidagi barcha soatlik shamol-to‘lqin holatlarini alohida vaqt sohasidagi simulyatsiyalar bilan tekshirish juda yuqori hisoblash xarajatlarini keltirib chiqaradi. Atrof-muhit konturi (environmental contour) usullari ushbu muammoni ma’lum bir qaytalanish davrini ifodalovchi cheklangan sondagi kritik metokean sharoitlarini tanlash orqali hal qilishga intiladi.

Asosiy faraz shundan iboratki, tanlangan atrof-muhit holatlari uzoq muddatli ekstremal konstruktiv javobni yetarli darajada qamrab oladi. Biroq konstruktiv reaksiya faqat shamol tezligi va to‘lqin balandligi kabi skalyar kattaliklarga emas, balki yuklamalarning yo‘nalishiga ham bog‘liq bo‘lgan vaziyatlarda bu faraz murakkablashadi.

Tadqiqotning ilmiy savolini quyidagicha umumlashtirish mumkin:

Shamol va to‘lqin yo‘nalishlari batafsilroq ifodalanganda, 25 MVt sinfidagi uch oyoqli jaket konstruksiyasining eng kritik elementlari, quvur birikmalari va global yuklamalari qanday o‘zgaradi?

Nima uchun 25 MVt sinfi muhim?

Ochiq dengiz shamol turbinalarining nominal quvvati va rotor diametri kattalashgani sari aerodinamik yuklamalar, ko‘taruvchi tizim o‘lchamlari va konstruktiv yuklama yo‘llari ham o‘zgaradi. Tadqiqotda qo‘llanilgan turbina:

• 25 MVt nominal quvvat sinfiga kiradi.
• 310 m rotor diametriga ega.
• Vtulka balandligi 185 m.
• 148 m balandlikdagi konussimon minoradan foydalanadi.
• Rotor-gondola guruhining massasi 1 556,81 tonnani tashkil etadi.
• O‘tish qismining massasi 526 tonna.
• 3 m/s ishga tushish, 10,87 m/s nominal va 25 m/s ishni to‘xtatish shamol tezliklariga ega.

Ushbu miqyosdagi turbina haqiqiy tijoriy maydon qurilmasi ekanligi qayd etilmagan. Model CRC1463 loyihasi doirasida ishlab chiqilgan 25 MVt quvvatli referens turbina loyihasiga asoslanadi.

Uch oyoqli jaket nima uchun yo‘nalishga sezgir?

Jaket tizimlari — vertikal yoki qiya asosiy oyoqlar, ushbu oyoqlarni bir-biri bilan bog‘lovchi raskoslar va quvur birikmalaridan tashkil topgan fazoviy ferma (panjara) konstruksiyalaridir. O‘rganilgan jaket:

• Uchta asosiy oyoqqa,
• Uch pog‘onali X shaklidagi raskos tizimiga,
• 78,2 m umumiy jaket balandligiga,
• Gruntga taxminan 65 m kirib borgan uchta qoziqqa,
• Tashqi diametri 4,3 m va devor qalinligi 40 mm bo‘lgan qoziqlarga

ega.

Uch oyoqli tuzilma 120° oraliqda joylashtirilgan bo‘lsa-da, uzluksiz aylanma simmetriyaga ega emas. Atrof-muhit yuklamasining yo‘nalishi o‘zgarganda:

• Bitta oyoq bevosita yuklama tomonida qolishi mumkin.
• Ikkita oyoq yuklamani birgalikda qabul qilishi mumkin.
• Muayyan raskoslar cho‘zilishga, boshqalari esa siqilishga o‘tishi mumkin.
• Birikmalardagi brace-chord kuchlarining nisbati o‘zgarishi mumkin.
• Qoziqlarga uzatiladigan gorizontal kuch va moment ulushlari qayta taqsimlanishi mumkin.

Shu sababli, bir xil shamol va to‘lqin kattaliklari turli yo‘nalishlardan ta’sir qilganda bir xil foydalanish koeffitsiyenti olinishi kutilmaydi.

Monopoya bilan jaket orasidagi yo‘nalishli farq

Monopoya (monopile) — katta diametrli yagona silindrsimon poydevor bo‘lib, uning global gorizontal bikrligi ko‘p hollarda yo‘nalishga nisbatan kamroq sezgirdir. Shamol-to‘lqin og‘ishi monopoyaning global javobiga ta’sir qilishi mumkin bo‘lsa-da, yuklama uzatish geometriyasi jaketdagi kabi ko‘plab alohida elementlar va birikmalarga bo‘linmaydi.

Jaket konstruksiyasida esa yo‘nalish o‘zgarishi nafaqat umumiy asos kuchini, balki kuchning qaysi raskos, qaysi oyoq va qaysi quvur birikmasi orqali o‘tishini ham belgilaydi. Tadqiqotda mahalliy birikmalarda aniqlangan yuqori yo‘nalish sezgirligi ushbu geometrik farqqa to‘liq mos keladi.

Atrof-muhit konturi usuli nima qiladi?

Atrof-muhit konturi ma’lum bir qaytalanish davriga to‘g‘ri keladigan shamol, to‘lqin va boshqa atrof-muhit o‘zgaruvchilarining kombinatsiyalarini aniqlaydi. Maqsad butun atrof-muhit vaqt qatorlarini simulyatsiya qilish o‘rniga, konstruktiv loyihalash nuqtayi nazaridan ahamiyatli bo‘lgan cheklangan sharoitlar to‘plamini tanlashdir.

Ikki o‘zgaruvchili ierarxik shartli model umumiy holda:

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

shaklida ifodalanadi.

• f_X(x): Birinchi atrof-muhit o‘zgaruvchisining chekka (marginal) ehtimollik zichligi,
• f_Y|X(y|x): Ikkinchi o‘zgaruvchining birinchi o‘zgaruvchiga bog‘liq shartli zichligi,
• f_X,Y(x,y): Birgalikdagi zichlikdir.

Kopula (copula) asosidagi muqobil ifodalash esa:

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

ko‘rinishidadir. Kopula funksiyasi chekka taqsimotlarni o‘zgaruvchilar orasidagi bog‘liqlik strukturasidan ajratishni maqsad qiladi. Shunday bo‘lsa-da, «dum» (tail) ma’lumotlari cheklangan yuqori o‘lchamli masalalarda kopula oilasini tanlash alohida model noaniqligini keltirib chiqarishi mumkin.

Doiraviy o‘zgaruvchilarning o‘ziga xos muammosi

Shamol va to‘lqin yo‘nalishlari chiziqli o‘zgaruvchilar emas. 0° va 360° bir xil yo‘nalishni ifodalaydi. Shu sababli, odatiy chiziqli taqsimotlarni yo‘nalish ma’lumotlariga to‘g‘ridan-to‘g‘ri qo‘llash chegara sohasida muammolarni keltirib chiqarishi mumkin.

Tadqiqotning adabiyotlar qismida yo‘nalish taqsimoti fon Mizes (von Mises) komponentlarining aralashmasi sifatida quyidagicha ko‘rsatilgan:

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

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

• ω_i: Aralashma komponentining og‘irligi,
• μ_i: O‘rtacha yo‘nalish,
• κ_i: Yo‘nalishlarning o‘rtacha atrofida qanchalik to‘planganligini ko‘rsatuvchi konsentratsiya koeffitsiyenti,
• I₀: Birinchi turdagi nol tartibli o‘zgartirilgan Bessel funksiyasidir.

Ushbu bog‘liqliklar tadqiqotda to‘g‘ridan-to‘g‘ri DiREC hisob-kitoblarida qo‘llanilgan asosiy taqsimot emas; ular yo‘nalishli atrof-muhit konturi usullarining nazariy asoslarini tushuntirish maqsadida keltirilgan.

IFORM yondashuvi

Inverse First-Order Reliability Method (IFORM) atrof-muhit o‘zgaruvchilarini standart normal ehtimollik fazosiga o‘tkazib, ma’lum bir ishonchlilik darajasi yoki qaytalanish davriga mos keluvchi konturni hosil qiladi. Ushbu usul ochiq dengiz standartlarida keng qo‘llaniladi.

Mazkur tadqiqotdagi IFORM qo‘llanilishi ancha sodda loyiha holatidir:

• Mutlaq shamol yo‘nalishi 0° da qat’iy belgilangan.
• To‘lqin yo‘nalishi shamol yo‘nalishi bilan to‘liq mos (tekislangan) deb qabul qilingan.
• 10 m balandlikdagi 50 yillik o‘rtacha shamol tezligi 50 m/s deb olingan.
• 50 yillik xarakteristik to‘lqin balandligi 12,53 m.
• Maksimal to‘lqin balandligi 23,31 m deb berilgan.
• Cho‘qqi davri 12,54 s.
• Yaw og‘ishining -8° va +8° qiymatlari uchun ikkita simulyatsiya o‘tkazilgan.

IFORM tadqiqotda tekislangan va qat’iy yo‘nalishli asosiy qiyoslash usuli sifatida xizmat qilgan.

D-IFORM yondashuvi

Direct IFORM (D-IFORM) aniq bir ko‘p o‘lchamli birgalikdagi taqsimotni tuzmasdan, normallashtirilgan kuzatuvlarni turli yo‘nalish vektorlariga proyeksiyalash orqali ekstremal qiymatlarni aniqlashga qaratilgan modelga bog‘liq bo‘lmagan yondashuvdir.

Normallashtirilgan ko‘p o‘lchamli kuzatuv vektori Y, birlik yo‘nalish vektori u ustiga:

\[ R_u=u\cdot Y \]

shaklida proyeksiyalanadi. Har bir yo‘nalishdagi proyeksiyalangan tanlanma bir o‘lchamli ekstremal qiymatlar masalasiga aylantiriladi. Tadqiqot metodologiyasida ushbu «dum» qiymatlari chegaradan yuqori yondashuv (POT) va umumlashtirilgan Pareto taqsimoti orqali aniqlanishi mumkinligi bayon etilgan.

Amaliyotdagi D-IFORM yuklama holatlarida:

• Mutlaq shamol yo‘nalishi yana 0° da doimiydir.
• Shamol-to‘lqin og‘ishlari 0°, ±30° va ±90° sifatida tanlangan.
• Har bir og‘ish uchun -8° va +8° yaw holati qo‘llanilgan.
• Jami o‘nta simulyatsiya o‘tkazilgan.

Og‘ish burchagining kattaligi ortgani sari tanlangan to‘lqin balandligi va cho‘qqi davri kamaygan. Biroq +30° va -30° bir xil atrof-muhit ko‘rsatkichlariga ega bo‘lsa-da, jaket geometriyasiga turli burchaklardan ta’sir qilgani sababli bir xil konstruktiv natijani keltirib chiqarishi shart emas.

DiREC yondashuvi

Directionally Resolved Environmental Contour (DiREC) tadqiqot mualliflari tomonidan ishlab chiqilgan sektorga asoslangan usuldir. DiREC ham mutlaq shamol yo‘nalishini, ham to‘lqinning shamolga nisbatan og‘ishini alohida-alohida tahlil qiladi.

Usulning asosiy bosqichlari quyidagilardan iborat:

1. Shamol va to‘lqin yozuvlari 3 soatlik bloklar tarzida juftlanadi.
2. Har bir blokda o‘rtacha xarakteristik to‘lqin balandligi va doiraviy o‘rtacha to‘lqin yo‘nalishi eng yuqori soatlik shamol tezligi va uning yo‘nalishi bilan moslashtiriladi.
3. Muayyan shamol sektorining markaziga nisbatan dastlabki yo‘nalish filtri qo‘llaniladi.
4. Bir vaqtning o‘zida kuzatilgan to‘lqinlar maqsadli shamol-to‘lqin og‘ishiga qarab ikkinchi bor filtrlanadi.
5. Har bir sektor va og‘ish oralig‘i uchun bir o‘lchamli ekstremal qiymatlar taqsimoti tuziladi.
6. 50 yillik xarakteristik to‘lqin balandligi va unga bog‘liq cho‘qqi davri olinadi.
7. Ushbu qiymatlar sektorning 50 yillik shamol tezligi bilan birlashtirilib, konstruktiv simulyatsiyaga o‘tkaziladi.

DiREC usulida qo‘llanilgan yo‘nalish oralig‘i

Tadqiqotdagi empirik taqsimotga ko‘ra, bir vaqtda sodir bo‘lgan shamol-to‘lqin hodisalarining taxminan 60% qismi ±30° og‘ish doirasida qoladi. Yuqori shamol tezliklarida taqsimot kichik og‘ish burchaklarida ko‘proq to‘plansa, past shamol tezliklarida uzoqdan keluvchi zib (swell) to‘lqinlari ta’sirida taqsimot kengayadi.

Shu sababli DiREC tahlili:

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

oralig‘ida olib borilgan.

• φ: To‘lqin yo‘nalishining shamol yo‘nalishiga nisbatan og‘ishi,
• Δφ: 2° li yo‘nalish qadamidir.

O‘rganilgan mutlaq shamol sektori markazlari 195°, 225°, 255°, 285°, 315° va 345° ni tashkil etadi. Ular hududdagi eng shiddatli shamol va to‘lqin sharoitlari to‘plangan 180°–360° geografik mintaqasini ifodalaydi.

Ikki bosqichli yo‘nalish filtri

Birinchi bosqichda har bir shamol sektori markazi uchun ±15° doirasidagi bir vaqtda sodir bo‘lgan holatlar olingan. Ikkinchi bosqichda maqsadli to‘lqin yo‘nalishi atrofida alohida to‘lqin sektori filtri qo‘llanilgan.

Masalan, shamol sektori markazi 195° va maqsadli og‘ish +2° bo‘lganda, maqsadli to‘lqin yo‘nalishi:

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

bo‘ladi. Birinchi filtrdan o‘tgan hodisalar orasidan 197° atrofidagi to‘lqinlar tanlab olinib, ushbu og‘ish holatining tanlanmasi shakllantirilgan.

To‘lqin sektori kengligi nima uchun muhim?

Tadqiqotda to‘lqin yo‘nalishi uchun ±5°, ±10° va ±15° yarim kengliklar sinab ko‘rilgan. Juda tor bo‘lgan ±5° li filtr:

• Ba’zi og‘ish oraliqlarida 20 tadan kam kuzatuv qoldirgan.
• Beqaror va uzuq-yuluq yo‘nalishli egri chiziqlarni hosil qilgan.
• Ekstremal qiymat parametrlarini ishonchli baholashni qiyinlashtirgan.

±10° va ±15° natijalari bir-biriga ancha yaqin va silliqroq ekani aniqlangan. Tadqiqotchilar yo‘nalishli aniqlikni imkon qadar saqlagan holda yetarli tanlanma hajmini ta’minlagani uchun ±10° yarim kenglikni afzal ko‘rishgan.

Har bir yo‘nalishli tanlanma uchun kamida 20 ta mustaqil kuzatuv sharti qo‘yilgan; bu sondan kam bo‘lgan oraliqlar tahlildan chiqarib tashlangan.

Uch parametrli Veybull modeli

DiREC usulining sektorlar bo‘yicha 50 yillik qiymatlari uch parametrli Veybull (Weibull) taqsimoti orqali aniqlangan:

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

• h: Xarakteristik to‘lqin balandligi,
• α: Masshtab parametri,
• β: Shakl parametri,
• γ: Joylashuv parametridir.

Parametrlar maksimal haqiqatga o‘xshashlik baholashi (MLE) orqali aniqlangan; kunlik maksimal statistikaga to‘g‘ri keladigan oshib ketmaslik ehtimolligidan foydalanib, taqsimot teskarisiga aylantirilgan va 50 yillik qaytalanish qiymati olingan.

Ushbu bosqichda shamol va to‘lqinning ekstremal qiymatlari alohida chekka (marginal) o‘zgaruvchilar sifatida baholangan. DiREC shamol va to‘lqin uchun umumiy ko‘p o‘lchamli taqsimot tuzmaydi.

Sektorlar bo‘yicha asosiy DiREC atrof-muhit sharoitlari

Ushbu jadval DiREC usulining sektorlarga shartlangan shamol tezliklari IFORM usulidagi shartlanmagan 50 m/s qiymatidan ancha past ekanligini ham ko‘rsatadi. Global yuklamalarning DiREC usulida pastroq chiqishining bir qismi atrof-muhitning ushbu xilma-xil tavsiflanishi bilan bog‘liqdir.

Eng baland to‘lqin har doim to‘liq mos kelganda (φ=0°) yuzaga kelganmi?

Yo‘q. Ilova A’dagi 2° aniqlikdagi jadvallar shuni ko‘rsatadiki, sektorga shartlangan eng yuqori to‘lqin balandligi aksariyat sektorlarda φ=0° dan tashqarida yuzaga kelgan:

Ushbu qiymatlar eng yuqori to‘lqin sharoitlari tor «to‘liq moslashish nuqtasi» o‘rniga taxminan ±10°–15° va ba’zi sektorlarda undan ham kengroq kichik og‘ish maydoni ustida plato hosil qilishi mumkinligini ko‘rsatadi.

Biroq eng baland to‘lqinga ega bo‘lgan 225° sektori eng yuqori konstruktiv foydalanish koeffitsiyentini keltirib chiqarmagan. Konstruktiv talab to‘lqin kattaligi bilan birga jaket yo‘nalishi, shamol yo‘nalishi, to‘lqin yo‘nalishi, yaw belgisi va mahalliy yuklama o‘tish yo‘liga bog‘liqdir.

Maydon va metokean ma’lumotlar bazasi

Turbina Germaniya Shimoliy dengizida joylashgan deb faraz qilingan. Maydon sharoitlari:

• 48,2 m suv chuqurligi,
• O‘rtacha dengiz sathida 0,266 m/s normal oqim,
• O‘rtacha dengiz sathida 1,35 m/s ekstremal oqim,
• -2 m dan 40 m gacha bo‘lgan oraliqda 100 mm dengiz organizmlari qoplamasi (marine growth),
• Chuqurroq hududlarda 50 mm dengiz organizmlari qoplamasi,
• 1 325 kg/m³ dengiz organizmlari qoplamasi zichligi,
• 1 025 kg/m³ dengiz suvi zichligi

sifatida belgilangan.

Atrof-muhit yozuvlari CoastDat-2 qayta tahlil/hindcast ma’lumotlar to‘plamidan olingan va FINO-1 tadqiqot platformasi o‘lchovlari bilan to‘ldirilgan. Matnda yo‘nalishli taqsimotni baholashda 68 yillik kuzatuv davriga tayanilgani qayd etilgan.

Grunt (tuproq) modeli

FINO-1 tuproq profili 18 ta qatlam bilan ifodalangan. Qatlamlar asosan bo‘shdan juda zichgacha bo‘lgan qumlardan, ba’zi chuqurliklarda esa qum-loy aralashmasidan iborat.

Qatlamga bog‘liq holda:

• Suv ostidagi solishtirma og‘irlik 7,5–11 kN/m³,
• Ichki ishqalanish burchagi 15°–45°

oralig‘ida o‘zgaradi.

Qoziq-tuproq o‘zaro ta’siri:

• Ko‘ndalang xatti-harakat uchun p-y,
• O‘qiy ishqalanish uchun t-z,
• Qoziq uchi uchun q-z

munosabatlari orqali modellashtirilgan.

Tuproq xatti-harakati chiziqsiz bo‘lganligi sababli, reprezentativ yuklama darajalarida chiziqlashtirilgan ekvivalent bikrlik matritsalari tuzilgan va qoziq boshlariga prujina sifatida qo‘llanilgan. Matritsalar nafaqat to‘g‘ri chiziqli siljish bikrliklarini, balki siljish va burilish komponentlari orasidagi o‘zaro bog‘lovchi hadlarni ham o‘z ichiga oladi.

Jaketning maydondagi yo‘naltirilishi

Jaket bitta oyog‘i maydondagi ustun shimoli-shimoli-g‘arbiy to‘lqin yo‘nalishiga qaraydigan qilib yo‘naltirilgan. Qolgan ikkita oyoq yuklamaning orqa tomonida joylashgan.

Ushbu tanlov ikkita oyoq bir vaqtning o‘zida yuklama tomonida qolgan holat orqa oyoqda yuqoriroq talab keltirib chiqarishi mumkinligini hamda yakka oyoqning to‘lqinga qarashi qoziqni ko‘mish chuqurligi ehtiyojini va umumiy qoziq massasini kamaytirishi mumkinligini ko‘rsatgan oldingi loyihalash ishlari bilan asoslangan.

Aerodinamik yuklamalarni hisoblash

Rotor, gondola va minora ustidagi aerodinamik yuklamalarning vaqt qatorlari OpenFAST 3.1 dasturida shakllantirilgan. Turbulent shamol maydonlari TurbSim dasturida Kaymal (Kaimal) spektri yordamida tayyorlangan.

IEC loyihalash mezonlariga muvofiq, ekstremal turbulent shamol sharoitida:

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

yaw og‘ishlari hisobga olingan.

OpenFAST dasturidan olingan kuch va momentlarning vaqt qatorlari minora-o‘tish qismi tutashuvidagi tugun orqali Sesam jaket modeliga tashqi yuklama sifatida uzatilgan.

Gidrodinamik yuklamalar

To‘lqin va oqim yuklamalari Sesam dasturida Morison tenglamasi yordamida hisoblangan. Notekis to‘lqin maydoni JONSWAP spektri bilan ifodalangan.

Gidrodinamik hisob-kitobda:

• To‘lqin kinematikasi,
• Oqim,
• Dengiz organizmlari qoplamasining diametr va massaga ta’siri,
• Suv to‘lgan elementlardagi ichki suvning qo‘shimcha massa ta’siri,
• Grunt va qoziq boshi egiluvchanligi

birgalikda hisobga olingan.

«To‘liq bog‘langan» tahlil iborasini qanday tushunish kerak?

Tadqiqot o‘z ish jarayonini to‘liq bog‘langan aero-gidro-servo-elastik baholash deb ta’riflaydi. Metodologiya bayonida aerodinamik yuklamalar OpenFAST dasturida hisoblangach, Sesam jaket modeliga uzatilishi; gidrodinamik va poydevor yuklamalari esa Sesam ichida yechilishi aytilgan.

PDF hujjatida Sesam jaket deformatsiyalarining xuddi shu vaqt qadamida qaytadan OpenFAST rotor modeliga qaytariladigan ikki tomonlama, iterativ dasturiy bog‘lanishi batafsil tushuntirilmagan. Shu sababli ushbu usulni qayta qo‘llashda «to‘liq bog‘langan» iborasi dasturlar orasidagi bir tomonlama yuklama uzatishni anglatadimi yoki qo‘shimcha qayta aloqa mexanizmini o‘z ichiga oladimi, buni alohida hujjatlashtirish maqsadga muvofiqdir.

Vaqt sohasidagi simulyatsiyalar

Har bir simulyatsiyada sonli boshlang‘ich o‘tish jarayonlarini bartaraf etish maqsadida dastlabki 20 soniya chiqarib tashlangan. Shundan so‘ng 10 daqiqalik barqaror qism baholangan.

Usullar bo‘yicha yuklama holatlari soni:

Ushbu qiyoslash nafaqat turli ehtimollik usullarini, balki shu bilan birga sezilarli darajada farq qiluvchi yo‘nalishli tanlanma zichliklarini ham taqqoslaydi. Tadqiqot ushbu holatni ochiq bayon etadi.

Oxirgi chegara holati va foydalanish koeffitsiyenti

Konstruktiv me’yoriy tekshiruvlar NORSOK N-004 talablariga muvofiq bajarilgan. Foydalanish koeffitsiyenti (UF):

• UF < 1,0 bo‘lsa — mustahkamlik yetarli,
• UF = 1,0 bo‘lsa — loyiha qarshilik chegarasiga yetgan,
• UF > 1,0 bo‘lsa — mustahkamlik yetarli emas

deb talqin qilinadi.

UF qiymatining 0,20 bo‘lishi element barcha ma’nolarda faqat «20% kuchlanish bilan» ishlayotganini anglatmaydi. Foydalanish koeffitsiyenti o‘qiy kuch, egilish, bo‘ylama egilish (burkulma) va tegishli hisobiy qarshiliklarni o‘zaro ta’sir tenglamasida birlashtiruvchi me’yoriy nisbatdir.

Cho‘zilish va ikki o‘qli egilish tekshiruvi

Cho‘zilish ostidagi quvur elementlar uchun PDF hujjatida berilgan o‘zaro ta’sir formulasi:

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

• N_Sd,t: Hisobiy cho‘zuvchi kuch,
• N_t,Rd: Hisobiy cho‘zilish qarshiligi,
• M_y,Sd, M_z,Sd: Mahalliy o‘qlardagi hisobiy eguvchi momentlar,
• M_Rd: Hisobiy egilish qarshiligidir.

Siqilish, bo‘ylama egilish va ikki o‘qli egilish tekshiruvi

Siqilish ostidagi elementlarda ikkita o‘zaro to‘ldiruvchi tekshiruvning kattasi boshqaruvchi deb qabul qilingan:

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

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

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

• N_Sd,c: Hisobiy siquvchi kuch,
• N_c,Rd: Umumiy siqilish qarshiligi,
• N_cl,Rd: Mahalliy bo‘ylama egilish qarshiligi,
• N_Ey, N_Ez: Ikkita mahalliy o‘qdagi Eyler bo‘ylama egilish kuchlari,
• C_my, C_mz: Moment taqsimoti va chegara shartlariga bog‘liq kamaytirish koeffitsiyentlaridir.

Quvur birikmasining teshib o‘tish (punching) tekshiruvi

Brace kuchlarining chord quvuriga mahalliy uzatilishi uchun berilgan birikmadan foydalanish bog‘liqligi:

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

shaklidadir.

PDF hujjatidagi 12-tenglama aynan shu tarzda bosilgan: y momenti nisbati kvadrat darajaga ko‘tarilgan bo‘lsa, z momenti nisbatida kvadrat belgisi ko‘rinmaydi. Ushbu izohda formula o‘zboshimchalik bilan o‘zgartirilmadi. NORSOK talablarini qayta hisoblamoqchi bo‘lgan tadqiqotchilar ushbu ifodani tegishli standartning asl formulasi bilan solishtirishlari lozim.

Elementlar tekshiruvining natijalari

IFORM va D-IFORM bir xil boshqaruvchi element va joylashuvni aniqlagan. D-IFORM usulidagi noldan farqli og‘ishlar ikkinchi va quyi o‘rinlardagi elementlar tekshiruvini o‘zgartirgan bo‘lsa-da, mutlaq maksimumga ta’sir qilmagan.

DiREC usulining maksimal element foydalanish koeffitsiyenti:

• IFORM usulidan taxminan 6,1% ga,
• D-IFORM usulidan taxminan 4,7% ga

pastroqdir.

Bunga qaramay, DiREC natijalarining dastlabki o‘nta elementi bir-biriga ancha yaqin qiymatlarda qolgan. 10(a)-rasmdagi tartiblangan foydalanish egri chizig‘i DiREC egri chizig‘ining yotiqroq pasayishini ko‘rsatadi. Bu esa yagona yaqqol yetakchi holat o‘rniga, yo‘nalish jihatidan xilma-xil va boshqaruvchiga yaqin ko‘plab holatlar mavjudligini bildiradi.

DiREC usulidagi boshqaruvchiga yaqin element holatlari

Dastlabki beshta natijaning to‘rtta turli shamol sektoriga taqsimlanishi kritik element talabini faqat eng yuqori to‘lqinli sektor bilangina izohlab bo‘lmasligini ko‘rsatadi.

Quvur birikmalari tekshiruvining natijalari

D-IFORM usuli IFORM usuliga nisbatan eng yuqori birikma UF ko‘rsatkichini taxminan 1,8% ga oshirgan va boshqaruvchi birikmani o‘zgartirgan. Mutlaq shamol yo‘nalishi o‘zgarmasdan qolgan bo‘lsa-da, to‘lqin yo‘nalishining -30° ga og‘ishi brace-chord kuch uzatilishini boshqa birikmada kritik holatga keltirgan.

DiREC usulidagi 0,197 lik birikma foydalanish koeffitsiyenti:

• IFORM usulidan taxminan 15,9% ga,
• D-IFORM usulidan taxminan 13,9% ga

yuqoridir.

DiREC usulidagi asosiy birikma holatlari

10(b)-rasmda DiREC egri chizig‘i reytinglarning aksariyat qismida IFORM va D-IFORM egri chiziqlaridan yuqorida turadi. Shu sababli, yo‘nalishli tafsilot nafaqat bitta birikma maksimumini oshirgan, balki boshqaruvchiga yaqin bo‘lgan mahalliy birikmalarning umumiy qamrov maydonini ham kengaytirgan.

Nima uchun birikmalar elementlarga qaraganda sezgirroq?

Elementning foydalanish koeffitsiyenti element bo‘ylab yuzaga keladigan o‘qiy kuch va egilishning o‘sha element sig‘imi bilan munosabatini ifodalaydi. Birikma tekshiruvi esa brace elementidagi kuch va momentlarning chord devoriga mahalliy uzatilishiga bog‘liq.

Yo‘nalish o‘zgarganda jaket ichidagi umumiy kuch o‘xshash bo‘lib qolishi mumkin bo‘lsa-da:

• Cho‘zilish va siqilishni qabul qiluvchi raskoslar o‘rin almashishi mumkin.
• Brace kuchining chord elementiga kirish burchagi o‘zgarishi mumkin.
• Tekislik ichidagi va tekislikdan tashqaridagi egilish komponentlari qayta taqsimlanishi mumkin.
• Muayyan quvur birikmasidagi mahalliy teshib o‘tish talabi ortishi mumkin.

DiREC usulida global yuklamalar kamaygani holda mahalliy birikmalardan foydalanish ko‘rsatkichining ortishi ushbu yuklama uzatish yo‘li mexanizmi bilan izohlanadi.

Yaw belgisining ta’siri

Boshqaruvchi element holatlarining barchasi -8° yaw og‘ishi bilan bog‘liqdir. Yetakchi DiREC birikma holatlarining katta qismi ham -8° yaw belgisida shakllangan.

+8° va -8° bir xil mutlaq og‘ish kattaligiga ega bo‘lsa-da, konstruktiv javob simmetrik emas. Buning ehtimoliy sabablari quyidagilardir:

• Rotor aerodinamik tortish kuchining yo‘nalishi,
• Rotor va gondola geometriyasi,
• Minora va jaket orasidagi chiziqsiz kuch uzatilishi,
• To‘lqin yuklamasi bilan aerodinamik yuklamaning faza va yo‘nalish uyg‘unlashuvi,
• Uch oyoqli jaketning aylanma simmetriyaga ega emasligi.

Global asosdagi siljish kuchi

Loyqa chizig‘i (mudline) sathidagi gorizontal reaksiyalarning natijaviysi:

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

shaklida hisoblangan.

• F_x(t), F_y(t): Vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi ikkita gorizontal reaksiya komponenti,
• V(t): Lahzali asos siljish kuchidir.

Ag‘darilish momenti

Ikkita gorizontal o‘q atrofidagi momentlarning natijaviysi:

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

sifatida hisoblangan.

Jadvaldagi qiymatlarga ko‘ra:

• D-IFORM asos siljish kuchi IFORM usulidan taxminan 2,1% ga past.
• DiREC asos siljish kuchi IFORM usulidan taxminan 8,9% ga past.
• D-IFORM ag‘darilish momenti IFORM usulidan taxminan 2,3% ga past.
• DiREC ag‘darilish momenti IFORM usulidan taxminan 8,3% ga past.

Ushbu foizlar jadvaldagi qiymatlardan hisoblangan taqqoslashlardir.

DiREC global javob natijasining muhim chegarasi

IFORM va D-IFORM uchun global vaqt qatorlari barcha yuklama holatlaridan baholangan. DiREC uchun esa global javob vaqt qatorlari ULS tekshiruvlarida eng yuqori o‘rinni egallagan konstruktiv quyi to‘plam uchun chiqarilgan.

Shu sababli 10,59 MN va 356,61 MN·m qiymatlari barcha 372 ta DiREC yuklama holatining mutlaq global maksimumi sifatida emas, balki konstruktiv tanlab olingan boshqaruvchi quyi to‘plamning maksimumi sifatida talqin qilinishi kerak.

Vaqt qatorlarining shakli

15-rasm asos siljish kuchining yuqori javobli vaqt oralig‘ini ko‘rsatadi. IFORM, D-IFORM va DiREC egri chiziqlari:

• O‘xshash cho‘qqi vaqtlariga,
• O‘xshash tebranish shakliga,
• Yaqin chastota tarkibiga

ega.

IFORM va D-IFORM katta darajada ustma-ust tushadi, DiREC esa aksariyat cho‘qqilarda biroz pastroq amplituda ko‘rsatadi. Ushbu misolda usul tanlash global vaqt qatorining asosiy dinamik xususiyatidan ko‘ra, cho‘qqi kattaligini va mahalliy kuchlar taqsimotini o‘zgartirgan degan xulosaga kelingan.

Rasmlarning batafsil talqini

1-rasm: D-IFORM proyeksiyalash mantiqi

Normallashtirilgan ikki o‘lchamli kuzatuvlar turli burchaklardagi yo‘nalish vektorlariga proyeksiyalanadi. Ayni bir kuzatuv vektor yo‘nalishiga qarab turli proyeksiya masofasini oladi. Shu tariqa, muayyan atrof-muhit o‘zgaruvchilari birikmasida ekstremal bo‘lgan holatlar bir o‘lchamli tanlanmada ajralib chiqadi.

2-rasm: DiREC algoritmi

Ikkita qutbiy grafik to‘lqin balandligi va to‘lqin bilan bir vaqtdagi shamol tezligi yo‘nalish sektorlarida qanday tanlanishini ko‘rsatadi. Pastki qismdagi taqsimot grafikalari sektor tanlanmalariga bir o‘lchamli ekstremal qiymatlar taqsimotini moslashtirish va 50 yillik qiymatlarni olish jarayonini ifodalaydi.

3-rasm: 25 MVt turbina va jaket geometriyasi

Chizmada 148 m lik minora, 78,2 m lik jaket va 65 m lik qoziq ko‘milishi birgalikda tasvirlangan. Shamol yuklamasi rotor-minora sohasiga, to‘lqin va oqim yuklamalari esa suv ostidagi jaket elementlariga ta’sir ko‘rsatadi.

4-rasm: Jaket yo‘nalishi

Uchta oyoqning rejali ko‘rinishi bitta oyoq ustun to‘lqin yo‘nalishiga qaraydigan tarzda joylashtirilganini ko‘rsatadi. Leg 1, Leg 2 va Leg 3 pozitsiyalari keyingi yo‘nalishli javob natijalarini talqin qilish uchun geometrik asos yaratadi.

5-rasm: Shamol-to‘lqin og‘ishi taqsimoti

Gistogrammada kichik og‘ish burchaklari eng yuqori takrorlanish chastotasiga ega. Shamol tezligi oshgani sari taqsimot 0° atrofida ko‘proq jamlanadi. Grafik ichidagi xarita o‘rganilgan Shimoliy dengiz maydonining joylashuvini ko‘rsatadi.

6-rasm: Sektor yarim kengligining ta’siri

Oltita qutbiy grafikda ±5°, ±10° va ±15° filtr natijalari taqqoslangan. ±5° egri chiziqlari tartibsizroq va joylarda uzuq-yuluqdir. ±10° va ±15° egri chiziqlari katta darajada o‘xshash bo‘lgani uchun aniqlik va ma’lumot miqdori muvozanati nuqtayi nazaridan ±10° tanlangan.

7-rasm: Bog‘langan yuklama muhiti

Chap qism rotor va minoradagi aerodinamik hamda tortishish yuklamalarini, o‘ng qism esa jaketdagi to‘lqin, oqim, tortishish va qoziq boshi prujinalarini ko‘rsatadi. Qizil tutashuv tuguni OpenFAST yuklamalari Sesam modeliga o‘tkaziladigan nuqtadir.

8-rasm: Tuproq-qoziq chiziqlashtirilishi

Chiziqsiz tuproq reaksiyasi egri chizig‘i reprezentativ yuklama darajasi atrofida ekvivalent to‘g‘ri chiziqning qiyaligi bilan ifodalanadi. Olingan chiziqli prujinalar uchta qoziq boshiga tatbiq etiladi.

9-rasm: Elementlar identifikatorlari

BM3 dan BM57 gacha bo‘lgan ko‘plab jaket elementlarining suv sathi va dengiz tubiga nisbatan joylashuvi belgilangan. Boshqaruvchi BM39, BM42, BM26 va BM51 kabi elementlar jaketning turli qirralari va raskos tizimlarida joylashgani ko‘rinadi.

10-rasm: Tartiblangan foydalanish koeffitsiyentlari

Elementlar grafigida DiREC birinchi o‘rinda pastroq bo‘lsa-da, keyingi o‘rinlarda IFORM va D-IFORM egri chiziqlaridan yuqorida yoki ularga yaqin turadi. Birikmalar grafigida esa DiREC aksariyat o‘rinlarda eng yuqori egri chiziqni hosil qiladi. Ushbu ikki grafik «yagona maksimum» bilan «keng kritik qamrov» orasidagi farqni yaqqol namoyon etadi.

11-rasm: Birikmalar identifikatorlari

JT5–JT30 orasidagi quvur birikmalari jaket balandligi bo‘ylab belgilangan. Boshqaruvchi JT28, JT23 va JT27 kabi birikmalar turli oyoq va raskos tizimlariga ulangan.

12-rasm: Element va birikma maksimumlarining taqqoslanishi

IFORM usulidan DiREC usuliga qarab ko‘k rangli element ustuni pasaygani holda, to‘q sariq rangli birikma ustuni ko‘tariladi. Grafik yo‘nalishli aniqlik global element maksimumi bilan mahalliy birikma maksimumiga qarama-qarshi ta’sir ko‘rsatishini umumlashtiradi.

13-rasm: Kritik holatlarning qutbiy taqsimoti

Burchak o‘qi mutlaq shamol yo‘nalishini, radial o‘q foydalanish koeffitsiyentini, rang esa shamol-to‘lqin og‘ishini ko‘rsatadi. Nuqtalar barcha yo‘nalishlarga teng tarqalmagan; asosan 315° va 195° atrofida to‘plangan.

14-rasm: Global yuklamalar

Asos siljish kuchi va ag‘darilish momenti ustunlari IFORM, D-IFORM va DiREC ketma-ketligida kamayadi. Ushbu grafik yakka holda baholanganda DiREC kamroq talab hosil qilayotgandek ko‘rinsa-da, 12-rasmdagi mahalliy birikma o‘sishi bilan birga talqin qilinishi kerak.

15-rasm: Asos siljish kuchining vaqt o‘tishi

Uchala usul uchun xarakterli cho‘qqilar taxminan bir vaqtda yuzaga keladi. DiREC egri chizig‘ining cho‘qqi amplitudasi biroz pastroq bo‘lsa-da, signalning umumiy vaqt shakli o‘xshashdir.

Tadqiqotning kuchli tomonlari

• 25 MVt sinfidagi yirik va aylanma simmetriyaga ega bo‘lmagan uch oyoqli jaket tizimi o‘rganilgan.
• IFORM, D-IFORM va DiREC ayni bir turbina va tayanch modeli asosida taqqoslangan.
• Mutlaq shamol yo‘nalishi hamda shamol-to‘lqin og‘ishi alohida o‘zgaruvchilar sifatida baholangan.
• DiREC usulida -30° dan +30° gacha bo‘lgan oraliq 2° aniqlik bilan tahlil qilingan.
• Oltita turli mutlaq shamol sektori qo‘llanilgan.
• 68 yillik metokean ma’lumotlar bazasiga asoslangan yo‘nalishli taqsimot baholangan.
• To‘lqin sektori kengligining tanlanma soni va egri chiziq silliqligiga ta’siri solishtirilgan.
• Kamida 20 ta mustaqil kuzatuv sharti qo‘llanilgan.
• Aerodinamik, gidrodinamik, dengiz organizmlari qoplamasi va poydevor egiluvchanligi yagona tahlil zanjirida hisobga olingan.
• Faqat global asos yuklamalari emas, balki element va birikmalar darajasida me’yoriy tekshiruvlar bajarilgan.
• 372 ta DiREC yuklama holati keng yo‘nalishli javob qamrovini ta’minlagan.
• Manfiy va musbat yaw belgilari alohida simulyatsiya qilingan.
• Element maksimumi va birikma maksimumining turli tendensiya ko‘rsatishi ochiq ko‘rsatib berilgan.
• Ilovalarda barcha sektorlarning 2° oraliqdagi to‘lqin balandligi va cho‘qqi davri qiymatlari taqdim etilgan.

Tadqiqotning cheklovlari

• Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprint hisoblanadi.
• Natijalar yagona 25 MVt referens turbina va yagona uch oyoqli jaket geometriyasiga tegishlidir.
• Faqat Germaniya Shimoliy dengizidagi muayyan maydon baholangan.
• Tahlil 50 yillik qaytalanish davri va DLC 6.1 oxirgi chegara holati sharti bilan cheklangan.
• Oddiy ekspluatatsiya, to‘xtab turishdan tashqari boshqa nosozlik holatlari va boshqa loyihaviy yuklama holatlari o‘rganilmagan.
• Charchash shikastlanishi yoki uzoq muddatli davriy yuklama to‘planishi hisoblanmagan.
• DiREC sektorlarining haqiqiy yuzaga kelish ehtimolliklari yakuniy konstruktiv reytingga og‘irlik sifatida kiritilmagan.
• DiREC usulida shamol va to‘lqin uchun umumiy ko‘p o‘lchamli taqsimot tuzilmagan.
• Faqat 180°–360° oralig‘idagi oltita shamol sektori konstruktiv DiREC tahliliga kiritilgan.
• DiREC og‘ishi ±30° bilan cheklangan; kamroq uchraydigan katta og‘ishlar konstruktiv tahlilda qamrab olinmagan.
• Tor sektorlarda yetarli namuna bo‘lmagani tufayli ba’zi yo‘nalish oraliqlari tahlildan chiqarilgan.
• Uch parametrli Veybull modelining boshqa ekstremal qiymat taqsimotlariga nisbatan ustunligi to‘liq model tanlash mezonlari bilan solishtirilmagan.
• Taqsimot parametrlari va 50 yillik qaytalanish qiymatlari uchun ishonchlilik intervallari hisobotda keltirilmagan.
• Metokean ma’lumotlari va model noaniqligining konstruktiv UF natijalariga tarqalishi taqdim etilmagan.
• IFORM, D-IFORM va DiREC turlicha sondagi yuklama holatlarini o‘z ichiga olgani sababli, usul ta’siri bilan tanlanma zichligi ta’sirini to‘liq ajratib bo‘lmaydi.
• Har bir yuklama holati uchun bir nechta mustaqil turbulentlik yoki to‘lqin boshlang‘ich qiymatlari (seeds) bo‘yicha statistik taqsimot hisobotga kiritilmagan.
• Tuproq xatti-harakati chiziqsizdir; vaqt sohasidagi tahlilda reprezentativ yuklama darajalarida chiziqlashtirilgan.
• Qoziq-tuproq parametrlari noaniqligi bo‘yicha ehtimollik sezgirlik tahlili o‘tkazilmagan.
• Konstruktiv model haqiqiy 25 MVt maydon turbinasining o‘lchangan javob reaksiyalari bilan tasdiqlanmagan.
• OpenFAST va Sesam o‘rtasidagi ikki tomonlama dinamik qayta aloqa batafsil hujjatlashtirilmagan.
• DiREC global asos yuklamalari barcha 372 ta holatdan emas, balki konstruktiv jihatdan yuqori o‘rindagi quyi to‘plamdan olingan.
• Barcha foydalanish koeffitsiyentlari taxminan 0,20 darajasida yoki undan past; quvvat chegarasiga yaqinroq optimallashtirilgan jaket boshqacha yo‘nalishli sezgirlik ko‘rsatishi mumkin.
• 12-tenglamada moment hadlarining daraja ko‘rsatkichlari bo‘yicha asimmetrik yozuv mavjud.
• Mualliflar kesimida CRediT hissasi, manfaatlar to‘qnashuvi va ochiq ma’lumotlarga kirish bayonoti PDF hujjatida taqdim etilmagan.

Tadqiqot nimani tasdiqlaydi?

• Uch oyoqli jaket konstruksiyalarida mutlaq yuklama yo‘nalishi kritik element va birikmalarning tartibini o‘zgartirishi mumkin.
• Shamol-to‘lqin og‘ishi bir xil mutlaq shamol yo‘nalishida ham mahalliy kuch uzatilishini o‘zgartirishi mumkin.
• Ushbu misolda IFORM va D-IFORM o‘xshash boshqaruvchi element maksimumini hosil qilgan.
• D-IFORM noldan farqli og‘ishlar sababli ikkinchi darajali kritik elementlarni va boshqaruvchi birikmani qayta tartiblagan.
• DiREC pastroq yakka element maksimumini, ammo kengroq boshqaruvchiga yaqin elementlar qamrovini yaratgan.
• DiREC mahalliy quvur birikmasi talabini IFORM usuliga nisbatan taxminan 15,9% ga oshirgan.
• Eng kritik DiREC holatlari 315° va 195° sektorlarida to‘plangan.
• Eng katta konstruktiv talab har doim ham eng katta sektorga shartlangan to‘lqin balandligi bilan mos tushavermagan.
• -8° yaw belgisi teng kattalikdagi +8° og‘ishga qaraganda kritikroq element holatlarini yuzaga keltirgan.
• Global asos yuklamalari yo‘nalishli tafsilot bilan kamaygani holda, mahalliy birikma yuklamalari ortishi mumkin.
• Faqat asos siljish kuchi va ag‘darilish momentiga asoslangan baholash mahalliy yo‘nalishli ta’sirlarni e’tibordan chetda qoldirishi mumkin.
• Soddalashtirilgan usullar global dastlabki loyihalash uchun, yo‘nalishli batafsil usullar esa mahalliy birikmalarni tekshirish uchun turli qiymatlarni taqdim etishi mumkin.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• DiREC barcha ochiq dengiz konstruksiyalarida har doim yuqoriroq birikma talabini keltirib chiqarishi isbotlanmagan.
• IFORM barcha jaket loyihalarida xavfsiz yoki haddan tashqari ehtiyotkor ekani ko‘rsatilmagan.
• 0,197 foydalanish koeffitsiyenti barcha 25 MVt jaketlar uchun amal qiladi deb bo‘lmaydi.
• 315° yo‘nalishi boshqa maydonlarda yoki boshqa jaket geometriyalarida boshqaruvchi bo‘lishi ko‘rsatilmagan.
• -8° yaw belgisi barcha turbinalarda +8° dan ko‘ra kritikroq ekani isbotlanmagan.
• Eng yuqori to‘lqin balandligi konstruktiv jihatdan ahamiyatsiz degan xulosa chiqarib bo‘lmaydi.
• DiREC to‘liq uzoq muddatli ishonchlilik tahlilining o‘rnini bosa olishi ko‘rsatilmagan.
• Sektor ehtimolliklari ishlatilmagani uchun DiREC tartiblanishi to‘g‘ridan-to‘g‘ri umumiy buzilish ehtimoli sifatida talqin qilinishi mumkin emas.
• Konstruksiyaning haqiqiy dengizda 50 yillik sharoitlardagi o‘lchangan xavfsizligi tasdiqlanmagan.
• Tadqiqot charchash muddati yoki shikastlanish to‘planishi bo‘yicha to‘g‘ridan-to‘g‘ri natija bermaydi.
• DiREC asos siljish kuchining pastligi butun konstruksiyaning xavfsizroq ekanini bildirmaydi.
• Elementlarda past maksimum bo‘lishi mahalliy birikmalar pastroq talabga duch kelayotganini ko‘rsatmaydi.
• Tadqiqot iqtisodiy jihatdan optimal jaket yo‘nalishini yoki eng kam po‘lat og‘irligini hisoblamaydi.

Ochiq dengiz shamol turbinalarini loyihalash nuqtayi nazaridan ehtimoliy ahamiyati

Tadqiqot dastlabki loyihalash va batafsil loyihalash bosqichlarida turli atrof-muhit usullaridan bir-birini to‘ldiruvchi tarzda foydalanish mumkinligini taklif etadi.

Soddalashtirilgan IFORM va D-IFORM holatlari:

• Global asos siljish kuchi,
• Ag‘darilish momenti,
• Dastlabki poydevor o‘lchamlarini aniqlash,
• Tezkor loyihaviy taqqoslash

uchun ehtiyotkorona chegarani ta’minlashi mumkin.

DiREC kabi yuqori yo‘nalishli aniqlikka ega usullar esa:

• Kritik quvur birikmalarini aniqlash,
• Brace-chord kuch yo‘llarini baholash,
• Mahalliy qalinlashtirish yoki can/stub zonalarini joylashtirish,
• Jaket yo‘nalishini optimallashtirish,
• Yaqin kritik yuklama holatlarini loyiha to‘plamiga kiritish

jihatidan ancha foydali bo‘lishi mumkin.

Kelgusi tadqiqotlarda sektorlarning yuzaga kelish ehtimolliklarini konstruktiv reytingga kiritish, turli yuklama holatlari va ish rejimlarini o‘rganish, boshqa jaket geometriyalarida usulni sinab ko‘rish hamda yo‘nalish ta’sirini charchash shikastlanishiga tatbiq etish talab etiladi.

Tadqiqot usuli va natijalari

Tadqiqot loyihasining texnik xulosasi

Atrof-muhit usullarining texnik qiyoslanishi

Element va birikmalar natijalarining xulosasi

Global natijalar xulosasi

Asosiy texnik xulosa

Tadqiqotda yo‘nalishli aniqlik barcha javob ko‘rsatkichlarini bir xil yo‘nalishda o‘zgartirmagan:

• Global asos yuklamalari: DiREC usulida kamaygan.
• Eng yuqori elementdan foydalanish: DiREC usulida biroz kamaygan.
• Boshqaruvchiga yaqin elementlar qamrovi: DiREC usulida kengaygan.
• Mahalliy birikmalardan foydalanish: DiREC usulida sezilarli darajada ortgan.
• Kritik elementlarning joylashuvi: Yo‘nalish va og‘ish kombinatsiyasiga qarab qayta tartiblangan.

Shu sababli, yo‘nalishli tahlildan olinadigan qiymat faqat kattaroq yoki kichikroq umumiy yuklama emas. Asosiy hissa yuklamaning jaket ichidan qayerdan o‘tishini va qaysi birikmalar loyihani boshqarishini aniqlashdan iboratdir.

Xavfsizlik bo‘yicha izoh

Hisobotda keltirilgan barcha element va birikma foydalanish koeffitsiyentlari 1,0 chegarasidan past. Eng yuqori qiymat bo‘lgan 0,214 ham yuk ko‘tarish chegarasidan ancha uzoqdir. Ushbu konstruksiya o‘rganilgan model va yuklama holatlarida NORSOK ULS tekshiruvlaridan muvaffaqiyatli o‘tadi.

Biroq past foydalanish koeffitsiyentlari yo‘nalishli usul ahamiyatsiz ekanini bildirmaydi. Yengilroq yoki ko‘tarish qobiliyatiga yaqinroq optimallashtirilgan jaket konstruksiyasida xuddi shunday foizli qayta taqsimot loyihaviy qarorni yoki mahalliy qalinlashtirish ehtiyojini o‘zgartirishi mumkin.

Manba va metodologiya eslatmasi

To‘liq asl nomi: Long-Term Extreme Response Analysis of 25 MW Offshore Wind Turbine Considering Wind-Wave Directional Effects

Mualliflar va ularning tartibi: Mastaneh Moattari; Boso Schmidt; Chen Zhu; Elyas Ghafoori.

Teng hissa yoki teng birinchi mualliflik: PDF hujjatida teng hissa yoki teng birinchi mualliflik bayonoti mavjud emas.

Mas’ul muallif: Mastaneh Moattari.

Mas’ul muallif elektron pochtasi: moattari@stahl.uni-hannover.de

PDF hujjatida berilgan boshqa mualliflar elektron pochtalari: B.Schmidt@ibmb.tu-bs.de; C.Zhu@ibmb.tu-bs.de; ghafoori@stahl.uni-hannover.de

Muassasaviy aloqalar

1. Mastaneh Moattari va Elyas Ghafoori: Gannover Leybnits universiteti, Po‘lat konstruksiyalar instituti, ForWind, Gannover, Germaniya.
2. Boso Schmidt va Chen Zhu: Braunshveyg texnika universiteti, Qurilish materiallari, beton konstruksiyalar va yong‘in xavfsizligi instituti, Braunshveyg, Germaniya.

Manba turi: Sonli konstruktiv tahlil, ekstremal qiymatlar statistikasi va atrof-muhit konturlarini taqqoslashni o‘z ichiga olgan preprint ilmiy maqolasi.

Tadqiqot yo‘nalishlari: Ochiq dengiz shamol turbinalari, jaket tayanch tizimlari, atrof-muhit konturlari, shamol-to‘lqin yo‘nalish og‘ishi, konstruktiv ishonchlilik, oxirgi chegara holati va quvur birikmalari.

Sahifalar soni: 37.

Nashr platformasi: SSRN.

SSRN e’lon qilingan sana: 2026-yil 15-iyun.

DOI: 10.2139/ssrn.6945781

Rasmiy havola:SSRN tadqiqot yozuvi

DOI havolasi:DOI yozuvi

Taqriz holati: Tadqiqot ilmiy taqrizdan o‘tmagan. PDF hujjatining har bir sahifasida «Preprint not peer reviewed» ogohlantirishi mavjud.

Jurnal holati: SSRN platformasida ayni sarlavhaga tegishli yozuvda tadqiqot Marine Structures jurnaliga yuborilgani qayd etilgan. Biroq taqriz yakunlangani, maqola qabul qilingani yoki jurnalda chop etilgani tasdiqlanmagan.

Tasdiqlangan taqrizli jurnal ma’lumoti: Joriy versiya uchun jild, son, maqola raqami va rasmiy taqrizli nashr sanasi mavjud emas.

Asl jurnal nashriyoti: Taqrizli jurnal nashri tasdiqlanmagani sababli joriy versiya uchun belgilanmagan. Ilmiy matnning mavjud nashr platformasi SSRN hisoblanadi.

Moliyalashtirish va minnatdorchilik

Tadqiqot Germaniya Ilmiy-tadqiqot jamg‘armasi (Deutsche Forschungsgemeinschaft) tomonidan Collaborative Research Center CRC 1463, «Integrated Design and Operation Methodology for Offshore Megastructures» loyihasi doirasida, 434502799 loyiha raqami bilan moliyalashtirilgan.

Tadqiqotchilar, shuningdek, Leibniz University IT Services tomonidan boshqariladigan markaziy hisoblash klasteridan foydalanganlar. Klaster uchun ko‘rsatilgan moliyalashtirish yozuvi INST 187/742-1 FUGG hisoblanadi.

Mualliflar hissasi

PDF hujjatida mualliflarning konsepsiyalashtirish, dasturiy ta’minot, ma’lumotlarni qayta ishlash, konstruktiv modellashtirish, tahlil, vizuallashtirish yoki matn yozish vazifalarini alohida ko‘rsatuvchi CRediT bayonoti mavjud emas. Shu sababli mualliflarning shaxsiy vazifalari taxmin qilinmadi.

Manfaatlar to‘qnashuvi

Yuklangan PDF hujjatida ochiq manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti berilmagan. Bayonotning yo‘qligi manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligining mustaqil tasdig‘i sifatida talqin qilinmaydi.

Ma’lumotlar va kodlarga kirish

PDF hujjatida CoastDat-2, ERA5, FINO-1, CRC1463 loyihalash ma’lumotlari, OpenFAST, TurbSim va Sesam manbalari tavsiflangan. Shunga qaramay, tadqiqotga xos qayta ishlangan yo‘nalishli ma’lumotlar to‘plami, MATLAB DiREC kodi, Sesam modeli, OpenFAST kirish fayllari va 372 ta simulyatsiyaning to‘liq vaqt qatorlari uchun ochiq ma’lumotlar yoki kodlar ombori havolasi berilmagan.

Maqolani tayyorlash metodologiyasi

Ushbu Verianla ilmiy sharhi foydalanuvchi tomonidan yuklangan 37 sahifalik preprintning sarlavhasi va mualliflik ma’lumotlari, annotatsiyasi, kirish qismi, atrof-muhit konturi nazariyasi, D-IFORM proyeksiyalash sxemasi, DiREC algoritmi, uch parametrli Veybull tenglamasi, 25 MVt turbina va jaket geometriyasi, maydon va tuproq jadvallari, shamol-to‘lqin og‘ishi gistogrammasi, oltita yo‘nalish sektorining qutbiy grafikalari, OpenFAST–Sesam tahlil sxemasi, tuproqni chiziqlashtirish, NORSOK foydalanish tenglamalari, element va birikma jadvallari, tartiblangan foydalanish egri chiziqlari, global yuklama grafiklari, xulosalar, cheklovlar hamda Ilova A’dagi barcha sektor jadvallari chuqur o‘rganilib tayyorlandi.

Ilmiy mazmun faqat yuklangan PDF hujjatida taqdim etilgan metodologiya, ma’lumotlar va natijalarga asoslanadi. Tashqi manbalardan faqat sarlavha, mualliflar tartibi, muassasa, DOI, SSRN e’lon qilingan sana, platforma va joriy nashr holatini bibliografik tasdiqlash maqsadida foydalanildi. PDF hujjatidan tashqari yangi konstruktiv natija yoki metokean xulosasi qo‘shilmadi.

Asosiy metodologik chegara

Tadqiqotning eng muhim to‘g‘ridan-to‘g‘ri natijasi shundan iboratki, atrof-muhitning batafsilroq yo‘nalishli tavsiflanishi global ekstremal yuklamalarni bir xilda oshirmaydi; aksincha, kritik talabni turli element, birikma va yo‘nalish holatlariga taqsimlaydi. DiREC maksimal element foydalanish koeffitsiyentini kamaytirgani holda, mahalliy birikmadan maksimal foydalanish koeffitsiyentini oshirdi.

Ushbu natija bitta 25 MVt referens turbina va bitta uch oyoqli jaket modeli uchun amal qiladi. DiREC usulining sektor yuzaga kelish ehtimolliklarini to‘g‘ridan-to‘g‘ri konstruktiv reytingga kiritmasligi, global DiREC taqqoslanishining faqat tanlab olingan yuqori o‘rindagi quyi to‘plamga tayanishi hamda natijalarning maydondagi eksperimental o‘lchovlar bilan tasdiqlanmagani ushbu usulni umumlashtirishdan oldin inobatga olinishi lozim.

Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprintdir. Natijalar yo‘nalishli atrof-muhit tahlillari kelajak avlod jaket tayanchli turbinalarida ayniqsa mahalliy birikmalarni loyihalash uchun qimmatli bo‘lishi mumkinligini ko‘rsatadi; ammo muayyan loyihalash standarti, atrof-muhit konturi usuli yoki jaket yo‘nalishi barcha loyihalarda mutlaq ustun ekanligini isbotlamaydi.