METHODOLOGY FOR THE STRUCTURAL ANALYSIS OF A PROPOSED TOWER-TO-COLUMN CONNECTION IN FLOATING CONCRETE WIND TURBINE FOUNDATIONS
Documento
Informações da Tese
Título
METHODOLOGY FOR THE STRUCTURAL ANALYSIS OF A PROPOSED TOWER-TO-COLUMN CONNECTION IN FLOATING CONCRETE WIND TURBINE FOUNDATIONS
Autor
Fellipe Araujo Gomes
Resumo
Esta tese propõe uma metodologia computacional para a análise estrutural de ligações torre-coluna em fundações flutuantes de concreto para aerogeradores offshore. Um modelo global acoplado foi implementado no SIMA–SIMO/RIFLEX com simulações hidroelásticas para extrair cargas aplicadas em análises por elementos finitos no ANSYS. Os períodos naturais obtidos coincidiram com valores de referência, fornecendo uma verificação inicial da resposta dinâmica global. A análise detalhada concentrou-se em uma ligação torre-casco denominada Cap Connector, concebida em concreto C110. Verificações nos estados limites último e de fadiga foram realizadas com um submodelo simplificado, verificado com ferramenta desenvolvida internamente. O submodelo reproduziu os padrões de tensão e falha do modelo completo, reduzindo o tempo de simulação de 40 horas para 10 minutos. Modelos constitutivos não lineares foram calibrados com base em dados experimentais de concreto C110. O modelo Coupled Damage-Plasticity Microplane apresentou melhor controle da localização de deformações que o modelo de Menetrey–Willam. A análise de fadiga identificou regiões críticas de concentração de tensões, mitigadas pelo aumento da espessura da chapa de base, garantindo vida em fadiga mínima superior a 30 anos. Os resultados indicam que o Cap Connector é tecnicamente viável e que a metodologia proposta permite avaliação estrutural rápida e consistente, com baixo custo computacional.
Abstract
This thesis proposes a computational methodology for the structural analysis of tower-to-column connections in floating concrete offshore wind turbine foundations. A coupled global model was implemented in SIMA–SIMO/RIFLEX using hydroelastic simulations to extract loads for detailed finite element analyses in ANSYS. The natural periods obtained from the model matched reference values, providing an initial validation of the global dynamic response. The detailed analysis focused on a tower-to-floater connection named Cap Connector, designed with C110 concrete. Ultimate and fatigue limit state verifications were conducted using a simplified submodel, validated with an in-house developed tool. The submodel reproduced the stress and failure patterns of the full model while reducing simulation time from 40 hours to 10 minutes. Nonlinear constitutive models were calibrated using experimental data for C110 concrete. The Coupled Damage-Plasticity Microplane model showed improved control of strain localization compared with the Menetrey–Willam model. Fatigue analysis identified critical stress concentration regions that were mitigated by increasing the base-plate thickness, ensuring a minimum fatigue life exceeding 30 years. The results indicate that the Cap Connector is technically feasible and that the proposed methodology enables rapid and consistent structural assessment with low computational cost.
Ano
2026
Orientadores
Gilberto Bruno Ellwanger | José Renato Mendes de Sousa