A energia eólica se apresenta como protagonista no cenário mundial devido à crescente busca por um desenvolvimento sustentável. Com o aumento da demanda por energia eólica, torres mais altas estão se tornando mais comuns. A interação solo-estrutura (ISE) pode afetar consideravelmente a primeira frequência natural. Assim, ferramentas utilizadas na previsão das frequências naturais das torres de turbinas eólicas se tornam cada vez mais necessárias. Neste contexto, este trabalho consiste no desenvolvimento de modelos de ordem reduzida (MORs) para obtenção das frequências naturais e representação das formas modais de turbinas eólicas considerando a ISE. Os modelos matemáticos tratam a ISE por meio de três molas caracterizadas por rigidez lateral, rigidez rotacional e rigidez de acoplamento cruzado ou, ainda, por meio de molas representativas da rigidez do solo distribuídas ao longo do monopile. Ambas metodologias permitem a obtenção de qualquer frequência de interesse e a representação da sua forma modal. Para o primeiro modelo de ISE considerado, foram realizados estudos de caso com turbinas eólicas cujos resultados estão disponíveis na literatura. Os valores da primeira frequência natural previstos pelos MORs foram comparados com as frequências medidas em escala real, com erros abaixo de 8,2%. Os resultados das frequências naturais e das formas modais obtidos com os MORs também foram comparados com àqueles obtidos com modelos formulados via método dos elementos finitos com ótima concordância. Para o modelo com ISE regido por molas distribuídas, três estratégias de modelagem foram discutidas em torno da determinação da função de projeção para o trecho do monopile.Uma importante discussão a respeito da escolha da função de forma na utilização do método de Galerkin foi realizada, verificando a necessidade em adotar abordagens que levem em consideração as condições de contorno do problema, obtendo a melhor estratégia para representar a análise modal. As respostas previstas pelos MORs para duas turbinas de referência foram comparadas com aquelas obtidas com o método dos elementos finitos (consideradas como valores de referência) e mostraram ótima concordância tanto na previsão de frequências naturais quanto na representação de formas modais. Sendo assim, este estudo contribui para a previsão das frequências naturais de turbinas eólicas a partir de modelos matemáticos que exigem poucos parâmetros de entrada e fornecem informações de forma rápida e com boa precisão, podendo ser importantes nas fases iniciais de projeto.

Wind energy plays a key-role in the sustainable energy scenario. With the increasing demand for wind energy, taller towers are becoming more common. This has a crucial impact on the design and analysis of wind turbine towers. The soil-structure interaction (SSI) can considerably affect the first natural frequency. Thus, tools used to predict the natural frequencies of wind turbine towers become increasingly necessary. In this context, this work aims at developing reduced-order models (ROMs) for obtaining the natural frequencies and representation of the modal forms of wind turbines considering SSI. The mathematical models handle SSI by means of three springs characterized by lateral stiffness, rotational stiffness, and cross-coupling stiffness and by means of springs representative of the soil stiffness distributed along the monopile. Both methodologies allow obtaining any frequency of interest and representing its modal form. For the first model of SSI, case studies were carried out with wind turbines available in the literature. Good agreement was observed between the predicted and the measured data, with errors below 8.2%. The results of natural frequencies and modal forms obtained with the ROMs were also compared with those obtained with models formulated via the finite element method, with excellent agreement. For the model with SSI given by distributed springs, three modeling strategies for the determination of the projection function for the monopile section were studied. An important discussion about the choice of the shape function in the use of Galerkins method was carried out, verifying the need to adopt approaches the one take into account the boundary conditions of the problem, obtaining the best strategy for representing the modal analysis. The responses predicted by the ROMs for two reference turbines were compared with those obtained from the application of the finite element method (considered as reference values) and showed great agreement both in the prediction of both th natural frequencies and the modal shapes. Therefore, this study contributes to the prediction of natural frequencies of wind turbines from mathematical models that require few input parameters and provide information quickly and with good accuracy. The ROMs herein developed may be of importance in the early stages of design, provided that can simulate a number of conditions with low computational cost.