TY - CONF A1 - Hu, Wei-Hua A1 - Thöns, Sebastian A1 - Said, Samir A1 - Rücker, Werner ED - Cunha, A. ED - Caetano, E. ED - Ribeiro, P. ED - Müller, G. T1 - Resonance phenomenon in a wind turbine system under operational conditions N2 - A prototype of wind turbines in 5 megawatt dass was built and tested at the first German offshore wind energy test fteld in the North Sea. In order to investigate dynamic behaviors under a complex state of loads, a continuous dynamic monitoring System was implemented by Federal Institute for Material Research and Testing (BAM). It recorded structural responses and environmental/operational variables from November 2007 to October 2009. This paper presents significant resonance phenomenon due to the interaction in the tower-nacelle System under operational conditions. Modal parameters are automatically estimated by the poly reference Least Square Complex Frequency domain (p-LSCF) method. Campbell plot demonstrates that a three-blade passage frequency and its multiples f3n match with the natural frequencies of the wind turbine System in several modal Orders. The damping estimates decrease and the Vibration amplitude increase significantly. A control System is necessary to minimize the excessive vibrations. T2 - EURODYN 2014 - 9th International conference on structural dynamics CY - Porto, Portugal DA - 30.06.2014 KW - Wind turbine KW - Tower-nacelle system KW - Resonance KW - Continuous dynamic monitoring KW - Automated operational modal analysis PY - 2014 SN - 978-972-752-165-4 SN - 2311-9020 SP - 3619 EP - 3626 AN - OPUS4-32970 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Said, Samir A1 - Schmid, Wolfgang A1 - Thöns, Sebastian A1 - Bicker, S. A1 - Rücker, Werner ED - De Roeck, G. ED - Degrande, G. ED - Lombaert, G. ED - Müller, G. T1 - Results from monitoring and assessment of offshore wind turbines N2 - To ensure a high operational reliability of offshore wind turbines (OWEC) with economically acceptable repair and maintenance efforts, comprehensive diagnosis and supervision concepts are required. Automatic monitoring Systems will be an essential part of such concepts. Because of the fact, that during Operation there will be static and dynamic interaction between the components ‘structure’, ‘machinery’ and ‘blades’ it is necessary to develop the monitoring techniques in an overall concept. These monitoring Systems are supposed to be applied for the design and testing as well as for the Operation and maintenance phases. The knowledge of the dynamic behavior of wind turbines is important both for the design and for a safe Operation. The available monitoring data from a period of three years, allow first conclusions on the long-term Operation of such Systems in terms of quality requirements to the instrumentation to the structure and the rotor blades T2 - EURODYN 2011 - 8th International conference on structural dynamics CY - Leuven, Belgium DA - 04.07.2011 KW - Integrated monitoring system KW - Offshore wind turbines KW - Structural assessment KW - Limit values KW - Measurement hardware KW - Data management KW - Embedded FBG sensors KW - Data analysis KW - Damage detection KW - Rotor blades PY - 2011 SN - 978-90-760-1931-4 IS - MS25 SP - 3450 EP - 3456 AN - OPUS4-24293 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner A1 - Rohrmann, Rolf T1 - Assessment and Damage Detection for Offshore Wind Turbines and Infrastructures T2 - IRIS - Current Praxis Workshop CY - Thessaloniki, Greece DA - 2009-03-30 PY - 2009 AN - OPUS4-20663 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner T1 - Offshore Anlagenmonitoring, Fernüberwachung, Zustandsanalyse und Schadensfrüherkennung T2 - VDI Fachkonferenz Offshore Windenergieanlagen CY - Bremerhaven, Germany DA - 2010-10-26 PY - 2010 AN - OPUS4-22410 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - RPRT A1 - Fischer, J. A1 - Straub, D. A1 - Schneider, Ronald A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rücker, Werner T1 - Intelligente Brücke - Zuverlässigkeitsbasierte Bewertung von Brückenbauwerken unter Berücksichtigung von Inspektions- und Überwachungsergebnissen N2 - Der vorliegende Bericht beschreibt Konzepte für eine intelligente Brücke auf der Grundlage einer zuverlässigkeitsbasierten Zustandsbewertung unter Berücksichtigung von Bauwerksinformationen, welche aus Prüfungen, Inspektionen und Überwachung gewonnen werden. Das Brückensystem wird durch ein Modell beschrieben, welches den zentralen Teil des Konzeptes darstellt. Das Modell wird in Schädigungsmodelle und ein Tragwerkssystem-Modell unterteilt. Dieses Modell wird a-priori durch die Eingangsdaten (welche etwa die Geometrie, die Materialien und die Verwendung der Brücke beschreiben) charakterisiert. Aus diesen ergeben sich dann auch die Ausgangsmodelle. Um die signifikanten Streuungen und Unsicherheiten adäquat abzubilden sind diese Modelle probabilistisch. Das Modell liefert eine sich kontinuierlich ändernde probabilistische Zustandsbewertung. Die Zustandsbewertung gibt eine Aussage über den Zustand und die Zuverlässigkeit des Brückensystems und seiner Bauteile und dient als Grundlage für die Planung und die Optimierung von Maßnahmen. Die Verwendung von Resultaten aus Inspektionen, Prüfungen und Überwachungen erfolgt durch eine Aktualisierung der Modellparameter. Die Aktualisierung beruht auf der Methode der Bayes'schen Aktualisierung und wird auf der Grundlage der entwickelten Klassifizierung der Bauwerksinformationen mit entsprechenden Methoden durchgeführt. Dieses Verfahren erlaubt es, alle Informationen in konsistenter Weise in ein einziges Modell einfließen zu lassen. Dabei wird die Genauigkeit und Aussagekraft der gewonnenen Daten und Beobachtungen explizit berücksichtigt. Durch die Aktualisierung der Modellparameter unter Berücksichtigung von Systemeffekten wird die Zustandsbewertung der Bauteile und des Brückensystems aktualisiert. Das ermöglicht die Planung und die Optimierung von Maßnahmen unter Berücksichtigung der Bauwerksinformationen. Auf diese Weise wird die intelligente Brücke mit Inspektionen und Überwachungen zu einem adaptiven System, welches sich Veränderungen anpassen kann.---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------This report describes concepts for an intelligent bridge on the basis of a reliability-based condition assessment utilizing inspection and monitoring data. The central part of the concept is a model describing the bridge system. The overall bridge model is comprised of deterioration models and a mechanical system model of the structure. The model is a-priori characterized by the input data (such as the geometry, the materials, and the utilization of the bridge). Significant uncertainties in the deterioration modeling as well as the load conditions motivate a probabilistic modeling. The model enables a continuously updated probabilistic condition assessment. It provides information about the condition and the reliability of the bridge system and its components and serves as a basis for the planning and the optimization of maintenance actions. Inspection, measurement, and monitoring information are included by updating the model parameters. Bayesian updating is utilized for the updating of the model parameters and is performed on the basis of the developed classification of structural information and the corresponding procedures. These methodologies allow to consistently incorporate all available information into the model and the prediction. Thereby, the precision and the validity of the data and observations are explicitly accounted for. The condition assessment of the bridge system and its components is updated by updating the model parameters, and maintenance actions can be planned and optimized taking into account all available information in a rational and consistent manner. In this way, the intelligent bridge with inspections, measurements, and monitoring information becomes an adaptive system, which has the ability to adjust to changes. KW - Berechnung KW - Brücke KW - Dauerhaftigkeit KW - Deutschland KW - Echtzeit KW - Forschungsbericht KW - Kontinuierlich KW - Kontrolle KW - Messung KW - Prognose KW - Prüfverfahren KW - Rechenmodell KW - Sachschaden KW - Tragfähigkeit KW - Wahrscheinlichkeit KW - Zustandsbewertung PY - 2014 UR - http://bast.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2014/768/pdf/BASt_B_99_ELBA_PDF.pdf SN - 978-3-95606-078-6 SN - 0943-9293 IS - B 99 SP - 1 EP - 111 PB - Fachverlag NW in der Carl Schünemann Verlag GmbH CY - Bremen AN - OPUS4-31300 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Thöns, Sebastian A1 - Faber, M. H. A1 - Rücker, Werner T1 - Ultimate limit state model basis for assessment of offshore wind energy converters N2 - This paper establishes the model basis regarding the ultimate limit state consisting of structural, loading, and probabilistic models of the support structure of offshore wind energy converters together with a sensitivity study. The model basis is part of a risk based assessment and monitoring framework and will be applied for establishing the 'as designed and constructed' reliability as prior information for the assessment and as a basis for designing a monitoring system. The model basis is derived considering the constitutive physical equations and the methodology of solving these which then in combination with the ultimate limit state requirements leads to the specific constitutive relations. As a result finite element models based on shell elements incorporating a structural and a loading model are introduced and described in detail. Applying these models the ultimate capacity of the support structure and the tripod structure are determined with a geometrically and materially nonlinear finite element analysis. The observed failure mechanisms are the basis for the definition of the ultimate limit state responses. A probabilistic model accounting for the uncertainties involved is derived on the basis of literature review and measurement data from a prototype Multibrid M5000 support structure. In combination with the developed structural and loading models, sensitivity analyses in regard to the responses are performed to enhance the understanding and to refine the developed models. To this end, as the developed models necessitate substantial numerical efforts for the probabilistic response analysis predetermined designs of numerical experiments are applied for the calculation of the sensitivities using the Spearman rank correlation coefficient. With this quantification of the sensitivity of the random variables on the responses including nonlinearity the refinement of the model is performed on a quantitative basis. KW - Condition monitoring KW - Failure analysis KW - Finite element analysis KW - Offshore installations KW - Probability KW - Risk analysis KW - Shells (structures) KW - Structural engineering KW - Wind power KW - Model basis KW - Offshore wind KW - Support structure KW - Sensitivity KW - Ultimate limit state PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1115/1.4004513 SN - 0892-7219 VL - 134 IS - 3 SP - 1 EP - 9 PB - American Society of Mechanical Engineers (ASME) CY - New York, NY AN - OPUS4-26358 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rücker, Werner T1 - Risikobasierte Überwachungsverfahren zur Lebensdauerverlängerung von bestehenden und neuen Bauwerken T1 - Risk based condition monitoring for life cycle extension of structures N2 - Diese Veröffentlichung enthält Konzepte zur Lebensdauerverlängerung von Bauwerken auf der Grundlage der Tragwerkszuverlässigkeitstheorie. Es werden aktuelle Forschungsergebnisse aus nationalen und europäischen Forschungsvorhaben vorgestellt. Den Schwerpunkt bildet die Verwendung von Bauwerksüberwachungsdaten unter Berücksichtigung von Messunsicherheiten zur Bestimmung der Tragwerkszuverlässigkeit. Dazu wird ein neuer Ansatz zur Bestimmung der A-posteriori Messunsicherheit vorgestellt. Es wird gezeigt, aufgrund welcher Eigenschaften der verwendeten probabilistischen Modelle die Zuverlässigkeit im Grenzzustand der Ermüdung in Bezug auf eine Lebensdauerverlängerung beeinflusst werden kann. N2 - This paper contains approaches aiming at the life cycle extension of structures on the basis of the structural reliability theory. Actual research results are presented with the focusing on the utilisation of monitoring data for the structural reliability analysis. In this context a framework for the determination of the posterior measurement uncertainty applying Bayesian Updating the process equation based measurement uncertainty with the Observation based measurement uncertainty is introduced. The general concepts for the utilisation of monitoring data and inspection data for updating the structural reliability in the view of life cycle extension are outlined. The characteristics of monitoring data in the context of the structural reliability theory are shown in detail on the basis of an example. T2 - DVM-Tag 2011 - Bauteilzuverlässigkeit - Schäden und ihre Vermeidung CY - Berlin, Germany DA - 04.05.2011 KW - Lebensdauerverlängerung KW - Tragwerkszuverlässigkeit KW - Messunsicherheit KW - Bauwerksüberwachung KW - Life cycle extension KW - Structural reliability KW - Measurement uncertainty KW - Structural monitoring PY - 2011 SN - 0946-5987 N1 - Serientitel: DVM-Bericht – Series title: DVM-Bericht IS - 678 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-23720 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Thöns, Sebastian A1 - Faber, M. H. A1 - Rücker, Werner T1 - Fatigue and serviceability limit state model basis for assessment of offshore wind energy converters N2 - This paper develops the models for the structural performance of the loading and probabilistic characterization for the fatigue and the serviceability limit states for the support structure of offshore wind energy converters. These models and a sensitivity study are part of a risk based assessment and monitoring framework and will be applied for establishing the 'as designed and constructed' reliability as prior information for the assessment and the design of monitoring systems. The constitutive physical equations are introduced in combination with the fatigue and serviceability limit state requirements as the starting point for the development of the structural performance and loading models. With these models introduced in detail, several modeling aspects for both limit states are analyzed. This includes analyses of the influence on the hot spot stresses by applying a contact formulation for the pile guide brace connection and the application of a finite element formulation using solid elements. Further, the comparison of the natural frequencies of a discrete rotor model with a continuous rotor model is documented. To account for uncertainties associated with the structural and loading models, a probabilistic model is derived on the basis of literature review and measurement data from a prototype Multibrid M5000 support structure. The sensitivity study is based on the calculation of a nonlinear coefficient of correlation in conjunction with predetermined designs of experiments. This is conducted by a systematic analysis of the influence of the random variables on limit state responses and hence on the structural reliability. Integrating the analyses and sensitivity studies of the fatigue and serviceability limit state models developed in this paper as well as the ultimate limit state models in Thöns et al. ('Ultimate Limit State Model Basis for Assessment of Offshore Wind Energy Converters,' ASME J. Offshore Mech. Arct. Eng.), the model basis for the assessment is completed. The process of establishing and analyzing such a model basis contributes to a detailed understanding of the deterministic and probabilistic characteristics of the structure and provides valuable insights in regard to the significance of available data. KW - Fatigue KW - Finite element analysis KW - Rotors KW - Wind power KW - Model basis KW - Offshore wind KW - Support structure KW - Sensitivity KW - Serviceability PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1115/1.4004514 SN - 0892-7219 VL - 134 IS - 3 SP - 1 EP - 10 PB - American Society of Mechanical Engineers (ASME) CY - New York, NY AN - OPUS4-26437 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner T1 - Dynamisches Verhalten von Windenergieanlagen T2 - VDI-Fachkonferenz: Turm und Fundament von Windenergieanlagen CY - Hamburg, Germany DA - 2011-10-11 PY - 2011 AN - OPUS4-25116 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CHAP A1 - Thöns, Sebastian A1 - Faber, M.H. A1 - Rücker, Werner T1 - Life cycle cost optimized monitoring systems for offshore wind turbine structures N2 - Monitoring information should be utilized to support optimal decisions. In this sense monitoring systems should be designed such as to optimize expected Life Cycle Costs. PY - 2013 SN - 978-3-200-03179-1 IS - Chapter 4 SP - 75 EP - 90 CY - Vienna, Austria AN - OPUS4-29103 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Rücker, Werner A1 - Karabeliov, Krassimire A1 - Cuéllar, Pablo A1 - Baeßler, Matthias A1 - Georgi, Steven ED - Savidis, S.A. T1 - Ermittlung der Tragfähigkeit von Offshore Rammpfählen unter zyklischer Belastung - Modellversuche, Großversuche, numerische Verfahren N2 - Im Rahmen mehrerer vom BMU geförderter Forschungsvorhaben untersucht die BAM zusammen mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft das Tragverhalten von zyklisch lateral und axial belasteten Rammpfählen für Offshore Windkraftanlagen. Neben Modellversuchen im Labor werden hierbei auch Großversuche im Maßstab 1: 2 und im Originalmaßstab durchgeführt. In diesen Großversuchen werden Parameter wie Tragfähigkeitsminderung infolge zyklischer Lasten im Druck- und Schwellbereich, sowie die Zunahme von Tragfähigkeiten durch sogenannte Anwachseffekte untersucht. Durch die zyklischen Belastungen werden insbesondere als unsicher anzunehmende Wertepaare in den derzeit verwendeten Interaktionsdiagrammen untersucht, wobei ein Hauptaugenmerk aber nicht nur auf dem Versagen des Pfahls, sondern auch auf der Ermittlung der Resttragfähigkeit nach definierten Zyklenzahlen liegt. Ein weiteres Ziel ist, die sich am Pfahlmantel in Abhängigkeit der oben genannten Parameter ergebenden Tragfähigkeiten durch numerische Berechnungen und durch Laborversuche zu erklären und ein existierendes Modell zur Ermittlung der Tragfähigkeit unter zyklischer Belastung auf der Grundlage aktueller Messdaten am Pfahl zu validieren und zu kalibrieren. Weiterhin finden durch den Projektpartner BARD Untersuchungen zur Abhängigkeit der Pfahltragfähigkeit von der Standzeit bei der Errichtung des Windparks BARD Offshore 1 statt. T2 - 8. Hans Lorenz Symposium CY - Berlin, Germany DA - 11.10.2012 PY - 2012 SN - 978-3-8440-1377-1 SN - 0342-3905 N1 - Serientitel: Veröffentlichungen des Grundbauinstitutes der Technischen Universität Berlin – Series title: Veröffentlichungen des Grundbauinstitutes der Technischen Universität Berlin IS - 60 SP - 311 EP - 329 PB - Shaker AN - OPUS4-27178 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - GEN A1 - Thöns, Sebastian A1 - Faber, M.H. A1 - Rücker, Werner A1 - Rohrmann, Rolf ED - Martorell, S. ED - et al., T1 - Assessment and monitoring of reliability and robustness of offshore wind energy converters T2 - ESREL 2008 CY - Valencia, Spain DA - 2008-09-22 KW - Structural reliability KW - Robustness KW - Monitoring KW - Risk KW - Wind energy converter PY - 2008 SN - 978-0-415-48513-5 SP - 1567 EP - 1572 PB - Taylor & Francis CY - London, UK AN - OPUS4-18565 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rücker, Werner A1 - Faber, M.H. T1 - Support structure reliability of offshore wind turbines utilizing an adaptive response surface method T2 - OMAE 2010 - 29th International conference on ocean, offshore and arctic engineering CY - Shanghai, China DA - 2010-06-06 PY - 2010 IS - OMAE2010-20546 SP - 1 EP - 10 AN - OPUS4-21666 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Rücker, Werner A1 - Lüddecke, Falk A1 - Thöns, Sebastian T1 - Tragverhalten von Offshore Gründungskonstruktionen - Rechnerische und messtechnische Untersuchungen N2 - Dieser Artikel enthält eine Zusammenfassung von Ergebnissen des Forschungsverbundvorhabens 'OGOWIN: Optimierung aufgelöster Gründungsstrukturen für Offshore-Windenergieanlagen hinsichtlich Materialeinsatz, Montageablauf und neuer Fertigungsverfahren'. Die Ergebnisse umfassen (1) eine Untersuchung des dynamischen Verhaltens der verschiedenen Gründungsvarianten Monopile, Tripod und Jacket, (2) die Ermittlung einer Wöhlerlinie für den Grundwerkstoff eines Stahlgussknotens, (3) die Ermittlung der Traglast eines Stahlgussknotens in einem 1:1-Versuch sowie (4) Berechnungen zur Form- und Materialoptimierung. Zur Überwachung der Gebrauchstauglichkeit während des Betriebes wurden relevante Parameter hinsichtlich ihres Einflusses auf die ersten Eigenfrequenzen der o. g. Gründungskonstruktionen rechnerisch untersucht. Untersuchungen der Ermüdungsfestigkeit und die erstmalige experimentelle Ermittlung der Traglast eines Gussknotens tragen zu einem optimierten Entwurf durch genaue Kenntnis des Materialverhaltens und der höchstbeanspruchten Bereiche bei. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass eine geometrische Optimierung des Stahlgussknotens unter konstruktiven Randbedingungen zu einer Verringerung des Materialaufwandes bzw. zu einer Erhöhung der Traglast führen kann. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- This paper contains a summary of the joint research project 'OGOWIN: Optimisation of support structures for offshore wind turbines regarding the material consumption, the construction and production sequence as well as new production methodologies'. The results comprise (1) a modal analyses of various types of offshore wind turbine support structures, (2) the fatigue strength testing of the cast steel material, (3) a large scale ultimate capacity test of a cast steel tube connection and (4) an optimisation of the tube connection aiming at material and stress reduction. The sensitivity of the relevant parameters on the first natural frequencies was quantified and the most influencing parameters were identified. The analyses of the fatigue strength and of the ultimate capacity of the cast steel tube connection support an optimised design by precise knowledge of the failure mechanisms and material behaviour. Moreover, it is shown that optimising the cast steel node can reduce the material use and stress concentration. KW - Gussknoten KW - Ermüdung KW - Traglast KW - Optimierung KW - Cast steel tube connection KW - Fatigue KW - Ultimate capacity KW - Optimisation KW - Meerestechnik KW - Offshore engineering KW - Stahlbau KW - Steel construction KW - Neue Verfahren/Versuchstechnik KW - New Processes/Experimental Techniques PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/bate.201200022 SN - 0932-8351 SN - 1437-0999 SN - 0005-6820 SN - 0341-1052 SN - 0932-6359 VL - 89 IS - 12 SP - 821 EP - 830 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-27426 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -