ＳＣＡＤＡデータと高度化した空力弾性モデルを用いた洋上風力発電設備の動的応答予測

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近年風車の大型化が急速に進んでいる一方で，日本国内において疲労による風車の倒壊事故が多発しており，設計荷重の合理化および疲労寿命の予測精度向上のために風車の動的応答予測の高精度化が必要不可欠となっている．本研究では，空力弾性解析における風車の構造パラメータおよび三次元風速場の乱流モデルについてそれぞれ観測値に基づいた精緻化を行うことにより風車の動的応答予測の精度を向上させるとともに，モデルの精緻化による風車荷重への影響として地震荷重および発電時変動荷重による疲労寿命について定量的に評価を行った．まず構造モデルの構造パラメータについて，大型風車を対象に加振試験を実施し1次および2次モードに関して希少価値の高いデータを得ることができ，ブレード振動に伴う渦の効果を再現した空力弾性解析により構造減衰の評価を行った．次に風速場モデルについて，カルマンモデルを拡張することによりスペクトルと相関関数が互換性を持つ乱流モデルの提案および洋上風況観測に基づいたモデル検証を行い，大気中立時の乱流の空間構造について乱れスケールの評価を行いモデル化を行った．得られた乱流モデルを用いて風車空力弾性解析を行ったところ，既往モデルを使用した時と比べ変動荷重が観測値とよく一致した．最後に，倒壊事故が発生した風車のタワー高力ボルトの疲労荷重を評価するとともに構造パラメータおよび乱流モデルの精緻化による疲労寿命への影響について系統的な評価を行った．