Açık deniz rüzgar türbini uygulamalarında kullanılan çelik profil tekil kazıklı temellerin analitik ve sayısal yöntemlerle modellenmesi
Analytical and numerical modeling of monopile foundations used in offshore wind turbine applications
- Tez No: 998082
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR LÜTFİ ERTUĞRUL
- Tez Türü: Doktora
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Rüzgar türbinleri, Wind turbines
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Mersin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Deniz tabanına çakılarak imal edilen ve monopile olarak adlandırılan çelik tekil kazıklı temeller, yapım kolaylığı, hızlı uygulanabilirliği ve ekonomik avantajları nedeniyle offshore rüzgar türbinlerinde en yaygın kullanılan temel türlerinden biridir. Günümüzde artan türbin kapasiteleriyle birlikte monopile çaplarının 8 m ve üzerine çıkması ve uygulama derinliklerinin 40 m'yi aşması, küçük çaplı kazıklar ve monotonik yükleme koşulları için geliştirilen geleneksel tasarım yaklaşımlarının yeterliliğini tartışmalı hale getirmiştir. Özellikle offshore rüzgar türbinlerinin servis ömürleri boyunca rüzgâr, dalga ve akıntı kaynaklı çevrimsel ve dinamik yüklere maruz kalması, mevcut p–y eğrilerinin büyük çaplı monopile temellerin gerçekçi davranışını temsil etmekte yetersiz kaldığını göstermektedir. Bu tez çalışmasında, büyük çaplı çelik monopile temellerin statik ve dinamik yükler altındaki davranışı üç boyutlu sonlu elemanlar yöntemi ile incelenmiş ve p–y eğrileri elde edilmiştir. Sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen p–y eğrileri, LPILE yazılımı kullanılarak API standartlarına göre oluşturulan eğrilerle karşılaştırılmış; ayrıca Bandırma bölgesine ait 50 yıllık dalga ve rüzgar verileri kullanılarak gerçekçi çevrimsel dinamik yükler altında kazık–zemin etkileşimi değerlendirilmiştir. Statik analizler sonucunda, monopile temellerin yanal davranışının kazık çapı, gömülü derinlik ve zemin rijitliği ile güçlü biçimde ilişkili olduğu; L = 20 m gömülü kazıklarda nihai yatay zemin direncinin y ≈ 0.8–0.9 m deplasmanlarda, L = 30–40 m gömülü kazıklarda ise büyük ölçüde y < 0.1 m deplasmanlarda mobilize olduğu belirlenmiştir. Plaxis 3D ile elde edilen p–y eğrilerinin API eğrilerine kıyasla daha düşük p değerleri verdiği ve bunun kazık–zemin etkileşiminin daha gerçekçi biçimde modellenmesinden kaynaklandığı ortaya konulmuş; dinamik analizler ise çevrimsel yükler altında zemin rijitliğinin azaldığını ve kalıcı deplasmanların biriktiğini göstererek, offshore monopile temellerin tasarımında çevrimsel etkileri dikkate alan gelişmiş p–y modellerinin kullanımının gerekliliğini açıkça ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
Steel single-pile foundations installed by driving into the seabed and commonly referred to as monopiles are one of the most widely used foundation types for supporting offshore wind turbines due to their construction simplicity, rapid installation, and economic advantages. With increasing turbine capacities, monopile diameters exceeding 8 m and application depths greater than 40 m have become common, rendering traditional design approaches—originally developed for small-diameter piles and monotonic loading conditions—questionable in terms of adequacy. Moreover, offshore wind turbines are subjected to cyclic and dynamic loads induced by wind, waves, and currents throughout their service life, indicating that existing p–y curves are insufficient to realistically represent the behavior of large-diameter monopile foundations. In this thesis, the behavior of large-diameter steel monopile foundations under static and dynamic loading conditions is investigated in detail using a three-dimensional finite element method software, and corresponding p–y curves are derived. The p–y curves obtained from finite element analyses are compared with those generated according to API standards using the LPILE software, and additional dynamic analyses representing realistic cyclic loading conditions are performed. Realistic horizontal dynamic loads acting on monopile foundations are generated using 50-year wave and wind data from the Bandırma region, and the pile–soil interaction under these loads is evaluated. Static analyses demonstrate that the lateral behavior of monopile foundations is strongly influenced by pile diameter, embedded length, and soil stiffness; while the ultimate lateral soil resistance for piles embedded to a depth of L = 20 m is mobilized at displacements of approximately y ≈ 0.8–0.9 m, a significant portion of the soil resistance for piles embedded to depths of L = 30–40 m is mobilized at displacements smaller than y < 0.1 m. It is shown that the p–y curves obtained from Plaxis 3D yield lower p values compared to those defined by API standards, primarily due to the more realistic representation of pile–soil interaction in the finite element framework. Dynamic analyses further reveal that soil stiffness degrades over time under cyclic loading and permanent deformations accumulate, clearly demonstrating the necessity of using advanced p–y models that account for cyclic effects in the design of offshore monopile foundations.
Benzer Tezler
- Açık deniz rüzgar türbin temeli uygulamalarında kullanılan çelik profil kazıkların dinamik davranışının sonlu farklar metodu ile modellenmesi
Modeling the dynamic behavior of monopiles used in offshore wind turbines using finite difference method
FAIZAN SHAFI BHAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiMersin Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR LÜTFİ ERTUĞRUL
- Sabit mıknatıslı senkron generatörlü rüzgar türbin sistemlerinin kaotik analizi ve senkronizasyonu
Chaotic analysis and synchronization in permanent magnet synchron generator of wind turbine systems
ABDALLAH MOUSSA YAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILMAZ UYAROĞLU
- A comparative numerical investigation of flow around an airfoil used in offshore turbines
Offshore türbinlerde kullanılan bir rüzgar kanadı profili üzerindeki hava akışının karşılaştırmalı numerik analizi
SERTAÇ BULUT
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Hysterical effects in flow characteristics in the wake region of group of cylinders during the passage of gradually varying unsteady flow
Tedrici değişken akım koşullarında silindir iz bölgesindeki akım ve türbülans karakteristiklerinde histerik etkiler
ERYILMAZ ERDOG
Doktora
İngilizce
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ORAL YAĞCI
- Mezo-mı̇kro ölçek model kuplesı̇ wrf-les ı̇le yüksek çözünürlüklü rüzgar alanının belı̇rlenmesı̇
High-resolution wind field determination with wrf-les through meso-micro scale model coupling
ERKAN YILMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞÜKRAN SİBEL MENTEŞ
PROF. DR. GÖKHAN KİRKİL