Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines

The Boundary Element Method (BEM) is ideal for solving engineering problems dealing with infinite regions. Such a problem is the estimation of low-frequency noise and soil waves generated by a wind turbine (WT) because of its structural dynamic behavior. However, due to the size of that problem, the...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Γκορτσάς, Θεόδωρος
Άλλοι συγγραφείς: Πολύζος, Δημοσθένης
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2018
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/11358
id nemertes-10889-11358
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Boundary element method
Hierarchical matrices
Adaptive cross approximation (ACA)
Wind turbines
Low frequency noise
Fluid-structure interaction
Μέθοδος συνοριακών στοιχείων
Ιεραρχικοί πίνακες
Χαμηλόσυχνος θόρυβος
Ανεμογεννήτριες
Αλληλεπίδραση ελαστικού ακουστικου μέσου
Κυματική διάδοση
Υπολογιστική μηχανική
534.2
spellingShingle Boundary element method
Hierarchical matrices
Adaptive cross approximation (ACA)
Wind turbines
Low frequency noise
Fluid-structure interaction
Μέθοδος συνοριακών στοιχείων
Ιεραρχικοί πίνακες
Χαμηλόσυχνος θόρυβος
Ανεμογεννήτριες
Αλληλεπίδραση ελαστικού ακουστικου μέσου
Κυματική διάδοση
Υπολογιστική μηχανική
534.2
Γκορτσάς, Θεόδωρος
Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
description The Boundary Element Method (BEM) is ideal for solving engineering problems dealing with infinite regions. Such a problem is the estimation of low-frequency noise and soil waves generated by a wind turbine (WT) because of its structural dynamic behavior. However, due to the size of that problem, the BEM becomes insufficient requiring very time consuming computations and almost forbidden memory capacities. The goal of the present dissertation is the development of an advanced and fast BEM able to solve accurately and efficiently the aforementioned problem. To this end, the development of a black box fast and memory efficient boundary element solver for general multi-domain static as well as harmonic problems based on the hierarchical matrix methodology combined with the algebraic low rank approximation technique, known as Adaptive Cross Approximation (ACA), is proposed. For the efficient algebraic compression of the utilized hierarchical matrices, different versions of the ACA algorithm have been implemented and tested, while for the solution of the assembled final linear systems of equations a preconditioned GMRES iterative solver has been employed. Next, the above-mentioned ACA/BEM is employed for the solution of a large-scale acoustic, elastic and acoustic-elastic interaction problem dealing with the noise emission and micro-seismicity related to the operation of a Wind Turbines (WT). Since these problems include a large number of interfaces the resulting number of degrees of freedom is prohibitive for the conventional BEM. The application of the proposed here ACA/BEM and the solution of the aforementioned problem is the second objective of the present dissertation. Results that combine the airborne infrasound and the soil surface waves generated by a WT are reported for the first time in the literature.
author2 Πολύζος, Δημοσθένης
author_facet Πολύζος, Δημοσθένης
Γκορτσάς, Θεόδωρος
format Thesis
author Γκορτσάς, Θεόδωρος
author_sort Γκορτσάς, Θεόδωρος
title Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
title_short Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
title_full Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
title_fullStr Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
title_full_unstemmed Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
title_sort solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines
publishDate 2018
url http://hdl.handle.net/10889/11358
work_keys_str_mv AT nkortsastheodōros solutionoflargescaleelasticproblemswiththeboundaryelementmethodapplicationstoinfrasoundandmicroseismicitygeneratedbywindturbines
AT nkortsastheodōros epilysēelastikōnproblēmatōnmegalēsklimakasmetēnmethodotōnsynoriakōnstoicheiōn
_version_ 1771297161606070272
spelling nemertes-10889-113582022-09-05T05:38:21Z Solution of large scale elastic problems with the boundary element method : applications to infrasound and micro-seismicity generated by wind turbines Επίλυση ελαστικών προβλημάτων μεγάλης κλίμακας με την μεθοδο των συνοριακών στοιχείων Γκορτσάς, Θεόδωρος Πολύζος, Δημοσθένης Δημοσθένης, Πολύζος Μπέσκος, Δημήτριος Ανυφαντής, Νικόλαος Τριανταφυλλίδης, Θεόδωρος Κωστόπουλος, Βασίλειος Σαραβάνος, Δημήτριος Τσερπές, Κωσταντίνος Gortsas, Theodore Boundary element method Hierarchical matrices Adaptive cross approximation (ACA) Wind turbines Low frequency noise Fluid-structure interaction Μέθοδος συνοριακών στοιχείων Ιεραρχικοί πίνακες Χαμηλόσυχνος θόρυβος Ανεμογεννήτριες Αλληλεπίδραση ελαστικού ακουστικου μέσου Κυματική διάδοση Υπολογιστική μηχανική 534.2 The Boundary Element Method (BEM) is ideal for solving engineering problems dealing with infinite regions. Such a problem is the estimation of low-frequency noise and soil waves generated by a wind turbine (WT) because of its structural dynamic behavior. However, due to the size of that problem, the BEM becomes insufficient requiring very time consuming computations and almost forbidden memory capacities. The goal of the present dissertation is the development of an advanced and fast BEM able to solve accurately and efficiently the aforementioned problem. To this end, the development of a black box fast and memory efficient boundary element solver for general multi-domain static as well as harmonic problems based on the hierarchical matrix methodology combined with the algebraic low rank approximation technique, known as Adaptive Cross Approximation (ACA), is proposed. For the efficient algebraic compression of the utilized hierarchical matrices, different versions of the ACA algorithm have been implemented and tested, while for the solution of the assembled final linear systems of equations a preconditioned GMRES iterative solver has been employed. Next, the above-mentioned ACA/BEM is employed for the solution of a large-scale acoustic, elastic and acoustic-elastic interaction problem dealing with the noise emission and micro-seismicity related to the operation of a Wind Turbines (WT). Since these problems include a large number of interfaces the resulting number of degrees of freedom is prohibitive for the conventional BEM. The application of the proposed here ACA/BEM and the solution of the aforementioned problem is the second objective of the present dissertation. Results that combine the airborne infrasound and the soil surface waves generated by a WT are reported for the first time in the literature. Η Μέθοδος των Συνοριακών Στοιχείων (ΜΣΣ) είναι ιδανική για την επίλυση προβλημάτων που σχετίζονται με άπειρα εκτεινόμενα χωρία. Ένα τέτοιο πρόβλημα είναι η εκτίμηση χαμηλής συχνότητας θορύβου και του εύρους μικρο-σεισμικών κυμάτων που εκπέμπονται λόγω της λειτουργίας μιας μεγάλης ανεμογεννήτριας. Όμως λόγω του μεγέθους αυτού του προβλήματος, η συμβατή ΜΣΣ αδυνατεί να το επιλύσει διότι απαιτούνται χρονοβόροι υπολογισμοί και σχεδόν απαγορευτικές απαιτήσεις αποθήκευσης δεδομένων. Ως εκ τούτου ο πρώτος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας προηγμένης ΜΣΣ η οποία θα μπορεί να λύνει με ακρίβεια και ταχύτητα το εν λόγω πρόβλημα. Για το σκοπό αυτό προτείνεται μια ΜΣΣ η οποία βασίζει την διαχείριση του συστήματος αλγεβρικών εξισώσεων που παράγει σε μεθόδους Ιεραρχικών Μητρών (Hierarchical Matrices Method) σε συνδυασμό με αλγεβρικές χαμηλής τάξης προσέγγισης τεχνικές, γνωστές ως Adaptive Cross Approximation (ACA). Για την αποτελεσματική αλγεβρική συμπίεση των χρησιμοποιούμενων ιεραρχικών μητρώων, διάφορες ACA τεχνικές χρησιμοποιούνται και αξιολογούνται, ενώ για την ταχεία επίλυση του τελικού συστήματος αλγεβρικών εξισώσεων ένας προ επιλεγμένος GMRES αλγόριθμος διαδοχικών λύσεων (preconditioned GMRES iterative solver) χρησιμοποιείται. Σε επόμενο βήμα, η αναπτυχθείσα ACA /ΜΣΣ χρησιμοποιείται για την επίλυση ελαστικών, ακουστικών και αλληλεπίδρασης ελαστικών-ακουστικών προβλημάτων που σχετίζονται με την γέννεση θορύβου χαμηλής συχνότητας και επιφανειακών εδαφικών ταλαντώσεων από την λειτουργία μεγάλων ανεμογεννητριών. Η ταυτόχρονη μελέτη των ακουστικών και ελαστικών κυμάτων που παράγει μια ανεμογεννήτρια και η μεταξύ τους αλληλεπίδραση εμφανίζεται για πρώτη φορά στη διεθνή βιβλιογραφία. 2018-06-12T10:06:15Z 2018-06-12T10:06:15Z 2017-06-12 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11358 en 12 application/pdf