【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及疲劳寿命预测，具体涉及一种考虑非线性弯曲应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法。
技术介绍
1、海上风力发电具有风资源充足、装机容量大、占地少等优势，在全球普及的程度不断提高，并且随着潮间带及近海资源的大量被开发，海上风电将不可避免的向更远、更深的海域发展，未来浮式风电技术将拥有更为广阔的应用前景。典型海上浮式风电系统一般由风机、浮式平台、系泊装置、电缆组成。其中，浮式平台与海床之间、平台与平台之间悬挂的电缆将长期受到波浪、流、平台运动等动态荷载的影响，需要进行特殊设计，被人们称为“动态缆”。风电动态缆的失效风险远高于固定于桩基或敷设于海床上的静态缆，特别是它在周期性海洋环境荷载作用下的疲劳失效需要得到重视。动态缆顶端在承受电缆悬挂自重的同时，受到平台运动、波浪与海流的影响而发生反复弯曲，是疲劳失效的最危险部位。同时，由于风电动态缆的截面形式十分复杂，其内部单元呈非粘接螺旋缠绕结构排布，并且单元间可发生滑动，导致缆体的弯曲行为呈现非线性特征，进而影响动态缆疲劳寿命预测的准确性。
2、目前，海上风电开发是一个新兴行业，尚未形成风电动态缆的疲劳设计规范，也没有简便的疲劳寿命预测方法。通过有限元方法计算可以得到动态缆的非线性弯曲行为，但有限元方法中部分参数难以获得，且风电动态缆螺旋缠绕单元的层数多，接触形式复杂，导致有限元模型的网格划分困难，且计算效率较低，不易收敛。因此，工程上大多采用线性疲劳寿命预测模型(即假设缆体截面应力呈线性特征)，并使用了过于保守的安全系数覆盖非线性应力因素对动态缆疲劳寿命的影响，同时对其
3、因此，提出一种考虑截面非线性弯曲应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，来解决现有技术层数多，接触形式复杂，有限元模型的网格划分困难，且计算效率较低，不易收敛的问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，可以达到提升风电动态缆疲劳寿命预测的速度与准确性的效果。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，包括以下步骤：
4、s1、获取风电动态缆在位运行的外部环境荷载信息，根据外部环境荷载信息建立整体分析数值模型；
5、s2、利用整体分析数值模型模拟动态缆在动态海洋环境中的运动线型，根据非线性时域分析方法分析得到不同工况下动态缆的疲劳载荷和疲劳失效危险点位置；
6、s3、对螺旋缠绕单元进行弯曲行为分析，根据曲梁理论建立动态缆截面非线性应力模型，将s2中得到的不同工况下动态缆的疲劳载荷输入动态缆截面非线性应力模型，获得缆体内部钢丝单元的应力幅值和次数计算累积损伤；
7、s4、将缆体内部钢丝单元的应力幅值和次数计算累积损伤结合应力寿命法进行疲劳损伤分析与寿命预测，预测动态缆的疲劳寿命。
8、上述的方法，可选的，s1中整体分析数值模型采用orcaflex中的line单元构建，利用集中质量法将动态缆划分为线段和节点，使用不同密度的网格进行划分，其中对整体分析数值模型疲劳失效危险区域进行细化划分。
9、上述的方法，可选的，s2中疲劳失效危险点为将外部环境荷载参数输入orcaflex，输出曲率时程曲线，找出曲率幅值最大值沿缆长分布所对应的位置。
10、上述的方法，可选的，s3中螺旋缠绕单元的局部应力组合表示为轴向应力、弯曲应力以及摩擦应力，其中轴向应力是由动态缆结构及钢丝单元的拉伸刚度决定的，整体呈线性变化，非线性局部应力主要表现为弯曲应力与摩擦应力之和。
11、上述的方法，可选的，s4中应力寿命法是以材料或零件的s-n曲线为基础，结合miner线性损伤理论进行疲劳寿命计算。
12、上述的方法，可选的，s-n曲线为一定循环特征下标准试件的疲劳强度与疲劳寿命之间关系的曲线，采用goodman修正公式对s-n曲线进行简化并修正平均应力。
13、上述的方法，可选的，基于miner线性损伤理论，不同应力幅值的荷载所造成的动态缆疲劳损伤互不影响，将修正后的应力幅值以及循环次数线性累积得到总的疲劳损伤。
14、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，具有如下有益效果：
15、1)本专利技术建立了动态缆截面的非线性应力理论模型，考虑了非粘接螺旋缠绕结构的接触滑移特性，使其更接近于缆体真实的疲劳应力状态，从而对于动态缆的疲劳寿命预测更加准确，可为评估与提升风电动态缆使用寿命提供指导。
16、2)本专利技术通过将非线性应力模型与非线性时域分析方法结合，极大地提高了疲劳寿命预测的计算效率，克服了现有疲劳寿命预测方法有限元建模网格划分困难，不易收敛的缺点。
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2.根据权利要求1所述的一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，其特征在于，
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【技术特征摘要】
1.一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种考虑非线性应力的风电动态缆疲劳寿命预测方法，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的一种考虑非线性应力的风...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹原超，范艺萌，步宇峰，卢青针，阎军，岳前进，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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