【技术实现步骤摘要】
：本专利技术涉及数字化技术和和海洋工程领域，具体涉及的是一种基于数字孪生的流固耦合降阶模型构建方法。
技术介绍
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技术介绍
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1、随着社会的蓬勃发展，人类对提升生活品质的渴望与陆地资源短缺的矛盾日益严峻，世界各国将资源获取的重心逐渐转移到占地球表面积71％的海洋上，越来越多的国家都将合理有序地开发利用海洋能源、保护海洋环境作为追求发展的基本国策。随着海洋能源开发进程的加快，海洋平台等海洋设备也随之大规模建设。其中以勘探和开发海洋资源为主，尤其是开发石油和天然气的导管架式海洋平台占据多数。迄今为止，全球已建成大约2000座大、中型导管架式海洋平台，其工作水深已达到四、五百米。由于海洋环境复杂且多变，导管架式海洋平台桩腿在服役过程中长期遭受环境载荷的侵蚀，由此而引发的灾害事故可能导致财产损耗、人员伤亡、自然污染，甚至影响国际声誉。因此，为保证导管架式海洋平台在深海恶劣环境下的安全性，需要对其桩腿结构进行实时监测并进行寿命预测，其涉及到了桩腿结构与海洋的流固耦合问题，这对仿真的运算速度提出了极高的要求。
2、前人已经进行了大量关于导管架式海洋平台流固耦合的研究，如《科学技术与工程》于2023年公布了“极端风暴载荷下导管架平台的动力响应分析”，该文针对导管架式海洋平台在极端脉动风工况下进行了动力分析，并探讨了平台在不同极端风暴工况下的应力、应变等特性。《舰船科学技术》于2015年公布了“波流耦合力对海洋平台桩腿楔块的影响”，该文利用有限元方法建立了局部海洋平台桩腿结构，并施加波浪力、风力等环境载荷，研究了波流耦
3、综上所述，对导管架式海洋平台桩腿结构进行流固耦合分析对平台的安全运行具有重大意义。然而，现有技术在解决平台桩腿结构流固耦合的数值模拟运算问题时，通常以小时甚至天为单位进行计算，计算时间长且耗费大量资源，无法快速响应平台桩腿的变形等情况。由于缺乏可用于构建快速计算平台桩腿流固耦合降阶模型的方法，导致该方法在工程应用方面效果不佳。因此，如何精准且及时地响应导管架式海洋平台桩腿结构的流固耦合问题已经成为一道难题。
技术实现思路
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技术实现思路
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1、本专利技术的目的是一种基于数字孪生的流固耦合降阶模型构建方法，这种基于数字孪生的流固耦合降阶模型构建方法用于解决现有技术在解决平台桩腿结构流固耦合的数值模拟运算问题时，计算时间长且耗费大量资源，无法快速响应平台桩腿的变形的问题。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于数字孪生的流固耦合降阶模型构建方法包括以下步骤：
3、步骤一、建立流体域和固体域物理模型，对其进行网格共节点处理并进行网格划分，抑制固体域模型，并将流体域网格输出；
4、步骤二、将流体域和固体域物理模型的流体域进行抑制，同时解除固体域的抑制，得到固体域网格全阶模型；
5、步骤三、仿真求解步骤一得到的流体域网格全阶模型，将入口速度作为激励，将流固耦合面的压力变化作为输出响应，开展数值模拟，得到用于模型降阶的激励向量c(t)和响应向量b(t)，表示形式如下：
6、c(t)＝{v1(t)；v2(t)；…；vi(t)} (1)
7、b(t)＝{n1(t)；n2(t)；…；ni(t)} (2)
8、式中，vi(t)为激励向量分量；ni(t)为响应向量分量；
9、步骤四、对步骤三得到的激励向量c(t)和响应向量b(t)进行动态降阶构建，确定一个动态系统，表示为以下形式：
10、b(t)＝f(b(t),c(t)) (3)
11、b|t＝0＝b0 (4)
12、式中，b(t)为响应向量b(t)的导数；b0为初始条件，即第一个时间步的解；f是关于响应向量b(t)和激励向量c(t)的非线性函数，该函数是一个以最小化为目标的迭代过程，直到其达到所设定的精度a：
13、min||brom(t)-b(t)||2≤a (5)
14、式中，brom(t)为降阶响应向量；a为根据用户实际需求所设定的精度值；
15、确定出表征流体域全阶模型的主要模态阶数并进行重构，得到流体降阶模型；
16、步骤五、仿真求解步骤二得到的固体域网格全阶模型，将施加于流固耦合面的压力变化作为激励，将固体域的应力、位移作为输出响应，开展数值模拟，进行降阶处理得到固体降阶模型；
17、步骤六、将步骤四得到的流体降阶模型输出的压力变化响应，作为步骤五得到的固体降阶模型的输入激励，得到将流体降阶模型与固体降阶模型相结合的流固耦合降阶模型。
18、有益效果：
19、1.本专利技术所述的流固耦合降阶模型的计算时间可以从小时级缩短至秒级，计算成本低廉，可对海洋平台桩腿的应力、位移情况作出快速响应，克服了传统流固耦合数值模拟计算的弊端，兼顾了数值模拟的运算效率与计算精度，拥有良好的工程应用性，为传统流固耦合仿真运算提供了一种数字孪生化的数值模拟方案。
20、2.本专利技术以流体中受流体压力作用的局部导管架式海洋平台桩腿结构为数值模拟的物理模型载体，提出将流体降阶模型与固体降阶模型相结合的流固耦合降阶模型，流固耦合降阶模型以速度作为激励，以固体结构应力、位移作为响应，计算时间能够缩短至秒级，可根据不同速度激励做出快速响应。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的流固耦合降阶模型构建方法，其特征在于包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的流固耦合降阶模...
【专利技术属性】
技术研发人员：冷建成，裴金源，赵雷，冯慧玉，毛厚彬，沙金成，
申请(专利权)人：东北石油大学三亚海洋油气研究院，
类型：发明
国别省市：
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