RÜZGAR TÜRBİN KULE BAĞLANTI ELEMANLARININ YORULMA PERFORMANSLARININ BELİRLENMESİ
DETERMINATION OF FATIGUE PERFORMANCE OF WIND TURBINE TOWER CONNECTION
- Tez No: 1022090
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATİH ALEMDAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Geçtiğimiz yıllarda, sürdürülebilirlik ve enerji güvenliği, dünya genelinde önemli bir problem olarak ortaya çıkmış ve bu durum fosil yakıtların yerine yenilenebilir enerji kaynaklarına geçişi zorunlu hale getirmiştir. Hızla artan enerji talebi, fosil yakıtlardan kaynaklanan zararlı etkileri azaltma ve sürdürülebilir enerji kaynaklarını kullanma gerekliliğini daha belirgin hale getirmiştir. Fosil yakıtlardan kaynaklanan sera gazı emisyonları, hava kirliliği ve bu yakıtların küresel ısınma ve iklim değişikliği üzerindeki etkileri, yenilenebilir enerji sistemlerinin benimsenmesini zorunlu kılmaktadır. Bu anlamda rüzgar enerjisi, teknolojik gelişimi, ekonomik rekabet gücü ve sürekli gelişen verimliliği sayesinde, bu dönüşümün temel kaynaklarından biri haline gelmiştir. Diğer enerji kaynaklarına kıyasla daha düşük çevresel etki ve düşük işletme maliyetleriyle dikkat çeken rüzgar enerjisi, fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltma ve çevresel ayak izini minimize etme açısından büyük bir öneme sahiptir. Ancak, rüzgar türbinlerinin yaygınlaşması operasyonel koşullar, servis ömrü optimizasyonu ve maliyet yönetimiyle ilgili bazı zorluklarını da beraberinde getirmiştir. Rüzgar türbini kuleleri, tipik olarak 20-25 yıllık (>10⁸ yük döngüsü) hizmet süresi için tasarlanmış operasyonel ömürleri süresince çok eksenli, değişken genlikli, yüksek çevrimli yüklemelere maruz kalmaktadır. Endüstriyel arıza raporları, kule yapısal arızalarının önemli bir kısmının, kule segmentlerini birleştiren flanş bağlantı bölgelerinde meydana geldiğini göstermektedir. Birincil arıza mekanizması, flanş bulonlarında birincil yorulma çatlağı gelişmesi ve daha sonra çatlağın yayılması ile beraber kırılmanın meydana gelmesidir.
Özet (Çeviri)
Greenhouse gas emissions caused by fossil fuels and the environmental risks associated with nuclear energy have increasingly highlighted the importance of renewable energy sources. In this context, wind turbines have assumed a critical role in the global energy transition. However, structural integrity problems in wind turbine towers, particularly bolt failures and flange separations occurring at connection regions, continue to constitute serious engineering challenges that may lead to severe structural damage and even tower collapse. In this study, the bolt–flange connection details forming the critical connection regions in wind turbine towers were comprehensively investigated. The study was structured in three stages. In the first stage, tensile tests were conducted on two different steel grades, namely S355 and SAE 1045. Subsequently, the main connection models with single-nut and double-nut configurations were tested under static loading conditions. The obtained tensile capacity results showed strong agreement with existing experimental studies and analytical solutions reported in the literature. In the second stage, accelerated fatigue tests were carried out on specimens consisting of M36 and M39 grade 8.8 high-strength large-diameter bolts designed in four different configurations. Constant-amplitude loading corresponding to 60–70% of the static capacity was applied at a loading frequency of 2 Hz. The results demonstrated that M39 bolts exhibited a statistically significant longer fatigue life compared to M36 bolts. Furthermore, a 5 mm loading eccentricity adversely affected fatigue performance, whereas specimens manufactured from S355 steel exhibited a more controlled damage progression. Using the dynamic stiffness monitoring method, a three-stage degradation process was identified, and this approach was evaluated as a practical indicator for early damage detection. In the final stage of the study, finite element models developed using ABAQUS were employed to validate the experimental findings. Stress distributions and damage mechanisms were investigated in detail, and the numerical analysis results demonstrated a high level of agreement with the experimental data. In particular, stress concentrations and damage initiation regions occurring at the bolt–flange interface were successfully identified. The findings obtained from this study provide a comprehensive database and a practical design guideline for the design and optimization of large-scale bolted connection systems, particularly those used in wind turbine towers.
Benzer Tezler
- Rüzgar türbin santrali kritik bağlantı elemanlarının vida dişlerindeki mikro sertlik değerlerine imalat parametrelerinin etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effects of manufacturing parameters on the micro hardness values on screw threads of wind turbine plant critical fittings
DERGAH UYSAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiMersin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEMDUH KARA
- Mevcut rüzgar türbini yapılarında kule-temel bağlantısı için güçlendirme yöntemi geliştirilmesi
Development of a structural strengthening method for tower-foundation connections of existing wind turbines
MERT GENÇ
Doktora
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiEge Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYHAN NUHOĞLU
- Çevresel yüklere maruz monopile temelli açık deniz rüzgar türbin yapısının yapı-zemin-kazık etkileşiminin incelenmesi
Investigation of structure-soil-pile interaction of a monopile based offshore wind turbine subjected to environmental loads
SERDAR SERDAROĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ASUMAN IŞIL ÇARHOĞLU
- 500 KW enerji kapasiteli bir rüzgar türbininin çelik kule tasarımı
Steel tower design for a 500 KW wind turbine
FAİK ALPER KANBUR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. CÜNEYT VATANSEVER
- Ulusal enerji şebekesine bağlanabilecek optimum rüzgar enerji potansiyelinin belirlenmesi
Determination of optimum wind energy integration potential in national energy grid
ALİ ERDUMAN
Doktora
Türkçe
2015
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUĞDEŞEM TANRIÖVEN