一种海上风机载荷快速评估方法、系统、介质及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风机载荷快速评估方法、系统、介质及设备，采用DOS命令进行批处理并自动生成APDL命令调用ANSYS内核进行仿真运算，通过计算得到土抗力与桩身位移关系曲线，根据土抗力与桩身位移关系曲线得到批量复核机位塔筒结构底部超单元矩阵，同时根据土抗力与桩身位移关系曲线得到批量复核机位的模态结果，再根据以往实际项目的载荷历史数据资料库、敏感性分析研究成果得到复核机位的特征载荷插值函数，根据所得到的批量复核机位的模态结果和超单元矩阵，以及代表机位的仿真载荷结果，结合特征载荷插值函数，即可快速批量化得到海上风电项目大量复核机位的基础载荷，节省大量的人力及硬件资源，且测试结果更加准确。确。确。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风机载荷快速评估方法、系统、介质及设备


[0001]本专利技术涉及海上固定式风力发电机组载荷分析的
，尤其是指一种海上风机载荷快速评估方法、系统、介质及设备。

技术介绍

[0002]在国家发布“3060”目标以来，海上风电作为清洁新能源发展的重要组成部分，其发展越来越受到重视。海上风电项目开发中，每台海上固定式风力发电机组(以下简称“海上固定式风机”)所处的地质条件及水深分布情况在自然环境中都不相同，为了追求经济性，势必带来海上固定式风机支撑结构的定制化设计要求，也就意味着设计人员需要逐台机位的进行载荷迭代分析，逐台进行定制化支撑结构(含基础及塔筒)设计。
[0003]在目前国内通行的工程设计流程与方法中，受限于基础理论研究水平、仿真软件功能限制等客观原因，对于海上固定式风机支撑结构的海床面以下的桩土耦合效应都采取了简化处理的方法，即在仿真软件中将海床面下的桩结构与土壤凝聚为单一刚度矩阵的超单元处理方法。而在海上固定式风机一体化载荷仿真迭代时则直接导入该桩土凝聚而得的刚度矩阵。
[0004]由于本质上该方法为一种简本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风机载荷快速评估方法，其特征在于，包括：基于泥面以下基础桩结构和土质参数计算得到土抗力与桩身位移关系曲线；基于海上风电项目的载荷历史数据资料库以及敏感性分析研究成果拟合得到每个复核机位的特征载荷插值函数；基于土抗力与桩身位移关系曲线、基础桩结构模型、塔筒结构模型和风力发电机组模型的凝聚质点，并采用模态算法程序计算得到每个复核机位的固有频率和模态振型；基于土抗力与桩身位移关系曲线和基础桩结构模型采用超单元凝聚算法得到每个复核机位塔筒结构底部超单元矩阵；基于代表机位的仿真载荷结果以及所得到的每个复核机位的固有频率、模态振型、超单元矩阵，结合特征载荷插值函数即可快速得到每个复核机位的基础载荷。2.根据权利要求1所述的一种海上风机载荷快速评估方法，其特征在于：所述的基于土抗力与桩身位移关系曲线、基础桩结构模型、塔筒结构模型和风力发电机组模型的凝聚质点，并采用模态算法程序计算得到每个复核机位的固有频率和模态振型的具体过程如下：将基础桩结构作为梁单元进行计算，假设沿基础桩结构的长将其划分为n
‑
1个单元，共计n个节点，将基础桩结构
‑
土体系看作两部分：一部分是基础桩结构的本体，采用有限元理论进行模拟，另一部分是基础桩结构与土的相互作用，采用刚度单元进行模拟；其中，采用有限元理论对基础桩结构的本体进行模拟的具体过程如下：采用Beam单元，依据基础桩结构的截面、长度和材料属性求解得到其刚度矩阵，假设其刚度矩阵为K1；此处考虑基础桩结构Beam单元的六个自由度，即三个平动自由度和三个转动自由度；采用刚度单元对基础桩结构与土的相互作用进行模拟的具体过程如下：刚度单元的参数通过规范算法进行求解确定，通过规范算法计算得到基础桩结构
‑
土体系所有n个节点位置的p
‑
y和t
‑
z曲线，此即为土抗力与桩身位移关系曲线，再得到每个节点的刚度单元参数，即在任一点位置产生的位移与对应点节点反力的关系，表示为：点的刚度单元参数，即在任一点位置产生的位移与对应点节点反力的关系，表示为：根据有限元理论，基础桩结构顶部刚度矩阵表示为：
将得到的基础桩结构顶部刚度矩阵与基础桩结构顶部以上的部分采用有限元理论组装得到整体结构的刚度矩阵K和质量矩阵M，并建立方程：(K
‑
λM)Φ＝0其中，λ和Φ分别为特征值矩阵和特征向量矩阵；基础桩结构顶部以上的部分包括塔筒结构模型和风力发电机组模型的凝聚质点；采用QR算法求解矩阵全部特征值，QR算法迭代计算完成后的全部特征值，即为所有复核机位的的固有频率和模态振型。3.根据权利要求1所述的一种海上风机载荷快速评估方法，其特征在于：所述的基于土抗力与桩身位移关系曲线和基础桩结构模型采用超单元凝聚算法得到每个复核机位塔筒结构底部超单元矩阵的具体过程如下：先建立塔筒以下基础桩结构精细有限元模型，以及通过规范算法计算得到的基础桩结构
‑
土体系的土抗力与桩身位移关系曲线刚度有限元模型，假设其动力运动方程为式a：其中，下标m表示主自由度，即需要凝聚保留的自由度；x
m
表示主自由度的位移向量；下标s表示副自由度，即需要消掉的自由度；x
s
表示副自由度的位移向量；K
mm
和K
ss
分别表示对应于主自由度和副自由度的刚度矩阵；M
mm
和M
ss
分别表示对应于主自由度和副自由度的质量矩阵；K
ms
和K
sm
表示主自由度和副自由度刚度矩阵的耦合项；M
ms
和M
sm
表示主自由度和副自由度质量矩阵的耦合项；和分别表示主自由度和副自由度的加速度向量；F
m
表示作用在主自由度上的外荷载向量；为实现超单元凝聚则需要消掉副自由度，保留主自由度，即将动力运动方程转化为只有主自由度的方程，因此需要得到整体自由度位移向量和主自由度位移向量的关系，即转换关系式b：其中，I表示单位矩阵；将转换关系式b代入式a，并将方程左侧乘以TT得到：将上式简化为：其中，K0和M0为凝聚后的刚度矩阵和质量矩阵，且满足：为凝聚后的刚度矩阵和质量矩阵，且满足：
求解即得到塔筒结构底部超单元矩阵。4.根据权利要求1所述的一种海上风机载荷快速评估方法，其特征在于：所述代表机位的仿真载荷结果采用常规工程算法得到。5.一种海上风机载荷快速评估系统，其特征在于，包括：土抗力与桩身...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄云龙，王超，牛圣凯，
申请(专利权)人：明阳智慧能源集团股份公司，
类型：发明
国别省市：