TY - JOUR A1 - Thöns, Sebastian A1 - Rohrmann, Rolf A1 - Rücker, Werner A1 - Faber, M.H. T1 - Bewertung der Ermüdungsfestigkeit von Baustrukturen in Offshore-Windenergie-Anlagen N2 - Das Bauwerk einer Windenergieanlage dient der Sicherstellung der Energieproduktion. Eine entsprechende Zuverlässigkeit der Struktur und deren permanente Bewertung und Unterhaltung ist dazu notwendig. In diesem Beitrag werden Möglichkeiten der Bewertung des für die Struktur wichtigen Schädigungsmechanismus Ermüdung sowie dessen Überwachung in Zusammenhang mit Schädigungsindikatoren aufgezeigt. Dabei wird auf strukturmechanische, werkstoffmechanische und probabilistische Modelle sowie auf Messdaten eines Prototyps einer OWEA zurückgegriffen. Ausgehend von der gesamtdynamischen Berechnung wird die Zuverlässigkeit gemäß der Auslegung für den Schädigungsmechanismus Ermüdung durch ein Wöhlerlinienmodell berechnet. Damit werden ermüdungssensible Komponenten der Struktur identifiziert. Schädigungsindikatoren zur Überwachung der Ermüdungsfestigkeit werden auf Grundlage schädigungs-äquivalenter Dehnungen vorgestellt. Fatigue assessment of support structures for offshore wind energy converters. The structure of wind energy converters secures a reliable energy production. Hence an adequate reliability of the structure and additionally permanent assessment and maintenance is required. Within this paper methods for the assessment of the important damage mechanism fatigue in combination with monitoring of the fatigue reliability utilizing damage indicators are proposed. These methods comprise structural system, material degradation and probabilistic models as well as monitoring data of an offshore wind energy converter prototype. The structural reliability of the structure as designed is calculated based on an overall dynamic analysis using a SN-approach. Herewith fatigue sensitive components are identified. Damage indicators for monitoring the fatigue reliability based on damage equivalent strains are presented. KW - Bewertung KW - Offshore-Windenergie KW - Ermüdung KW - Strukturspannungskonzept KW - Zuverlässigkeit KW - Schadensindikatoren KW - Integrated Monitoring System KW - Damage Identification KW - Load Monitoring KW - Wind turbines PY - 2008 U6 - https://doi.org/10.1002/stab.200810076 SN - 0038-9145 SN - 1437-1049 SN - 0932-6375 VL - 77 IS - 9 SP - 630 EP - 638 PB - Ernst CY - Berlin AN - OPUS4-17977 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 - Optimierung des Managements der Tragwerksintegrität für Offshore-Windenergieanlagen N2 - Dieser Artikel enthält aktuelle Forschungsergebnisse im Bereich des überwachungsgestützten Managements der Tragwerksintegrität. Das Management der Tragwerksintegrität hat zum Ziel, die Funktionalität eines Tragwerks während des gesamten Lebenszyklus durch Einhaltung der Zielzuverlässigkeiten sicherzustellen. Ausgehend von Forschungsergebnissen über die Charakteristik von Überwachungsverfahren und -daten im Rahmen von Zuverlässigkeitsanalysen, wird ein Ansatz vorgestellt, wie die erwarteten Kosten für das Management der Tragwerksintegrität durch Überwachungsverfahren optimiert werden können. Dazu wird eine Kosten-Nutzen-Analyse für den Lebenszyklus einer Gründungstruktur von Offshore-Windenergieanlagen durchgeführt. Im Rahmen der Bayes'schen Entscheidungstheorie werden durch eine Prä-posteriori-Entscheidungsanalyse die optimalen Entscheidungsparameter für den Entwurf eines Überwachungssystems bestimmt. Als Fallstudie wird ein Überwachungssystem für die Gründungsstruktur eines Multibrid-M5000-Prototyps konzipiert und die mögliche Reduktion der Risiken und erwarteten Betriebskosten quantifiziert. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- This paper contains recent research results in the field of monitoring supported structural integrity management. The structural integrity management aims at ensuring the functioning of a structure throughout the life cycle by compliance with the target reliabilities. Building upon research results concerning the characteristics of monitoring techniques and data within the framework of reliability analyses, an approach is introduced for the optimisation of the expected structural integrity management costs by monitoring information. For this aim, a life cycle cost benefit analysis for offshore wind turbine support structures is formulated. The optimal monitoring decision parameters are then assessed utilizing the Bayesian pre-posterior decision theory. As a case study a monitoring system for a Multibrid M5000 offshore wind turbine prototype support structure is designed and possible reductions of the risks and expected costs are quantified. KW - Management der Tragwerksintegrität KW - Messunsicherheit KW - Tragwerkszuverlässigkeit KW - Bayes'sche Aktualisierung KW - Kosten-Nutzen-Analyse KW - Lebenszyklus KW - Structural integrity management KW - Measurement uncertainty KW - Structural reliability KW - Bayesian updating KW - Cost-benefit analysis KW - Life cycle KW - Bauwerkserhaltung/Sanierung - Maintenance and Repair KW - Meerestechnik - Offshore engineering KW - Stahlbau - Steel construction PY - 2012 U6 - https://doi.org/10.1002/bate.201200021 SN - 0932-8351 SN - 1437-0999 SN - 0005-6820 SN - 0341-1052 SN - 0932-6359 SN - 0932-8351 VL - 89 IS - 8 SP - 525 EP - 532 PB - Ernst & Sohn CY - Berlin AN - OPUS4-26313 LA - deu 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 - Faber, M.H. A1 - Thöns, Sebastian A1 - Narasimhan, H. A1 - Schubert, M. T1 - Risikobasierter Ansatz zur Bewertung der Robustheit von Bauwerken N2 - Ziel des vorliegenden Beitrages ist es, einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen im Bereich der Bewertung und der Quantifizierung der Robustheit von Bauwerken zu geben. In diesem Sinne ist eine Zusammenstellung von Ansätzen und Ergebnissen aktueller Veröffentlichungen enthalten. Ein umfassender entscheidungstheoretischer Ansatz für die Berechnung und das Management der Robustheit wird vorgestellt. Dieser beinhaltet die Definition der Robustheit als eine Qualität eines Systems, welches das Bauwerk beinhaltet, d. h. eine Qualität, die auf der Grundlage einer Risikoanalyse bewertet werden kann. Um eine umfassende Risikoanalyse zu ermöglichen, wird ein szenarienbasierter Modellansatz eingeführt, welcher zwei Arten von Konsequenzen im System unterscheidet: direkte Konsequenzen (in Verbindung mit Schäden einzelner Komponenten des Systems) und indirekte Konsequenzen (in Verbindung mit einem Versagen des Systems). Die Definition des Systems spielt deshalb für die Risikoanalyse eine wichtige Rolle, und es wird diskutiert, wie die Robustheit für verschiedene Definitionen zu unterschiedlichen Ergebnissen und Erkenntnissen im Sinne des Managements der Integrität des Bauwerks im gesamten Lebenszyklus unter Berücksichtigung seiner Funktionalität führt. Weiterhin werden wichtige Aspekte der Standardisierung der Robustheitsanalyse, wie auch Anforderungen an die Robustheit, diskutiert und Vorschläge zum Umgang mit diesen Aspekten unterbreitet. Auf der Grundlage der vorgestellten Ansätze zur Berechnung der Robustheit eines Bauwerks wird beschrieben, wie Entscheidungen in Bezug auf den Entwurf, die Zustandsbewertung, auf Inspektionen und Wartung sowie in Bezug auf die Überwachung von Bauwerken, in Hinblick auf das Management der Risiken in allen Phasen des Lebenszyklus, optimiert werden können. KW - Qualität KW - Risikoanalyse KW - Modellansatz KW - Konsequenz KW - Direkt KW - Indirekt KW - Versagen KW - Schaden KW - Lebenszyklus KW - Hängebrücke KW - Quality KW - Risk assessment KW - Model approach KW - Consequence KW - Direct KW - Indirect KW - Failure KW - Damage KW - Life-cycle KW - Suspension bridge KW - Entwurf und Konstruktion KW - Berechnungs- und Bemessungsverfahren KW - Bestandssicherung und Erhaltung PY - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/stab.201001354 SN - 0038-9145 SN - 1437-1049 SN - 0932-6375 VL - 79 IS - 8 SP - 547 EP - 555 PB - Ernst CY - Berlin AN - OPUS4-21862 LA - deu 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 U6 - https://doi.org/10.1002/bate.201200022 SN - 0932-8351 SN - 1437-0999 SN - 0005-6820 SN - 0341-1052 SN - 0932-6359 SN - 0932-8351 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 -