A5 – Stochastische Modellierung der Kombination instationärer Einwirkungen und Einwirkungsparameter

Kurztitel: Stochastische Modellierung

Bei Offshore-Windenergieanlagen (OWEA) dominieren neben Eigengewichtslasten und Lasten aus dem Betrieb vorrangig Umweltereignisse die Beanspruchungen. Insbesondere Wind-, Wellen- und Strömungslasten und ggf. Temperatur und Erdbebenlasten sind für die Auslegung von Offshore-Tragstrukturen relevant. Gleichzeitig sind OWEA durch hohe dynamische Beanspruchungen, veränderliche Einwirkungsszenarien und reaktive Bestandteile gekennzeichnet. Neben einer detaillierten Beschreibung der zum Teil neuartigen Umwelteinwirkungen und ihrer Streuungen (TP A01, TP A03) beeinflusst die realitätsnahe Kombination der genannten Einwirkungen wesentlich die Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit von Offshore-Megastrukturen.

In TP A05 soll eine empirisch basierte stochastische Kombinationsmethode für Offshore-Megastrukturen und andere reaktive Tragstrukturen (z. B. Tragwerke mit aktiven Schwingungstilgern) entwickelt werden, die unabhängig von der Tragstruktur und ihrem dynamischen Verhalten ist.  Diese Kombinationsmethode soll Veränderungen von zeit- und richtungsvarianten Einwirkungsparametern und ihrer Kombination über die Lebensdauer (z. B. infolge von Anpassungen in der Anlagenregelung oder sich über die Lebensdauer verändernde Hydrodynamik, vgl. TP A03) realistisch berücksichtigen. Die Hauptinnovation des TP ist die Entwicklung einer Kombinationsmethode, die zusätzlich zum zeitgleichen Auftreten von Einwirkungsparametern erstmals auch die dabei auftretenden Wirkrichtungen berücksichtigt.

Abb. 1: Korrelation von häufig gemessenen Windgeschwindigkeiten und signifikante Wellenhöhen in der Nordsee aus [1]

Dabei sind für eine sichere Auslegung von Offshore-Megastrukturen, auch Einwirkungskombinationen zu berücksichtigen, die nicht durch eine extreme Einzeleinwirkung gekennzeichnet sind und bei denen sich die Einwirkungen und deren Kombination über die Lebensdauer ändern. Die zu entwickelnde Kombinationsmethode soll daher um eine zeitabhängige Beschreibung der Änderungen in den Einwirkungskombinationen ergänzt werden, um die infolge zunehmend extremerer Wetterereignisse und veränderter hydrodynamischer Einwirkungen (z. B. durch morphologische Umlagerungsprozesse am Meeresgrund auf langen Zeitskalen) auftretenden Änderungen in der Einwirkungskombination zu berücksichtigen. Ausgehend von dem komplexen Kombinationsansatz für zeit- und richtungsvariante Zufallsvariablen sollen für die Integration in den Digitalen Zwilling und in praxistaugliche Bemessungskonzepte reduzierte Kombinationsmodelle entwickelt werden.

[1] Hildebrandt, A.; Schmidt, B.; Marx, S. (2019): Wind-wave misalignment and a combination method for direction-dependent extreme incidents, Ocean Engineering Volume 180, 15 May 2019, pp. 10-22


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