und umwelttechnische Aspekte von Off-shore Windenergieanlagen ...

7 Tragstruktur – Turm Abschlussbericht GIGAWIND
7.2.3 Berechnungen im Zeitbereich
Da bei der Anwendung des deterministischen Konzepts bestimmte Annahmen getroffen
werden müssen, um das Strukturverhalten zu simulieren, ist das Verfahren mit einigen
Unsicherheiten behaftet. Die Berechnungen im Zeitbereich stellen eine Alternative mit einer
realistischeren Beschreibung des Strukturverhaltens dar. Bei den Berechnungen im
Zeitbereich werden Wellenenergiespektren verwendet, um Zeitreihen der
Wasserspiegelauslenkung durch Überlagerung von linearen Teilwellen zu erreichen. Die
Strukturlasten werden durch Auswertung der überlagerten Wasserpartikelkinematik mit der
Morison-Gleichung ermittelt. Da die verwendete lineare Wellentheorie theoretisch nur bis zur
Ruhigwasserlinie definiert ist, wurde die Kinematik der Wasserpartikel nur bis zu dieser Höhe
berechnet. Um eine Belastung auch auf den Strukturbereichen oberhalb der Ruhigwasserlinie
zu erreichen, die nur zeitweise unter Wellenbeanspruchung liegen, wurde das Wheeler-
Stretching-Verfahren verwendet.
Die Strukturantwort kann durch geeignete Analyseverfahren ermittelt werden. Um die
dynamischen Einflüsse einzubeziehen, wurden transiente Berechnungen im Zeitbereich
durchgeführt, die Strukturmassen und Dämpfungseigenschaften berücksichtigten. Das
Vorgehen ist ausführlicher in Schaumann, Böker, Kleineidam, (2003) beschrieben.
Für die Lebensdauerbewertung wird die Schadensakkumulationshypothese nach
Palmgren/Miner angewendet. Um die dafür erforderliche Anzahl der auftretenden
Spannungsschwingbreiten unterschiedlicher Klassenbreiten zu ermitteln, wurden die
Spannungszeitreihen mit Hilfe der Rainflow-Methode ausgezählt.
Es wurden Untersuchungen im Hinblick auf den Einfluss verschiedener Simulationsparameter
durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen zum Beispiel, dass bei Simulationen, die länger als etwa
30 Minuten andauern, nur geringe Unterschiede in den ermittelten Schädigungen beim
Vergleich verschiedener Realisierungen auftreten, während bei Verkürzung der
Simulationsdauer die Ungenauigkeiten überproportional zunehmen. Die auftretende
Zufälligkeit der Ergebnisse muss im Zusammenhang mit der Gesamtanzahl der
Realisierungen für das jeweils vorliegende Scatter-Diagramm bewertet werden, siehe
Abschnitt 7.3 für weitere Details.
7.2.4 Berechnungen im Frequenzbereich
Da die Beschreibung der Seegangszustände mit Hilfe der Seegangsspektren im
Frequenzbereich erfolgt, liegt es nahe, auch die Strukturantwort im Frequenzbereich zu
ermitteln. Daher wurden im Rahmen dieses Forschungsprojektes auch Untersuchungen im
Frequenzbereich durchgeführt. In diesem Zusammenhang sind zwei Fragestellungen von
großer Bedeutung. Zunächst muss geklärt werden, wie die Strukturantwort im
Frequenzbereich bestimmt werden kann, und außerdem ist die Schädigungsbewertung im
Frequenzbereich durchzuführen.
Eine Verbindung zwischen dem stochastischen Wellenprozess und dem stochastischen
Spannungsprozess kann im Frequenzbereich für jedes Kerbdetail durch eine so genannte
Transferfunktion beschrieben werden. Für Strukturen ohne räumliche Einflüsse, wie z.B.
Monopiles, können analytische Zusammenhänge abgeleitet werden. Für Tiefwasser-
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