[發(fā)明專(zhuān)利]適用于海上風(fēng)機(jī)整體耦合計(jì)算的樁基線性化及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超單元計(jì)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110761288.4
• 申請(qǐng)日: 2021-07-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113919046A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘祖興;李昕;趙生校;王文華;王濱;宋雨果;張?zhí)煲?/a>;陳法波;郇彩云;斯鋒;何奔;沈侃敏;喬厚;高山;祝周杰;劉清泉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司;大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/15
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 浙江杭州金通專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明公開(kāi)一種適用于海上風(fēng)機(jī)整體耦合計(jì)算的樁基線性化及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超單元計(jì)算方法，屬于海上風(fēng)機(jī)數(shù)值仿真計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域。該計(jì)算方法建立海上風(fēng)機(jī)整體耦合分析方法、海上風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力?水動(dòng)力?控制?結(jié)構(gòu)彈性?樁土相互作用的耦合模型，用于開(kāi)展單樁、導(dǎo)管架及多樁基礎(chǔ)海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)整體耦合分析，還可以用于開(kāi)展風(fēng)荷載、波浪荷載聯(lián)合作用下的重力式、高樁承臺(tái)等基礎(chǔ)型式海上風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)分析。模塊整套單獨(dú)使用，還可與其他軟件對(duì)接。包含多種超單元凝聚方法，可根據(jù)計(jì)算精度和效率要求選擇不同的凝聚方法。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)固定式海上風(fēng)機(jī)耦合反應(yīng)分析，并可與有限元軟件相結(jié)合，開(kāi)展不同工況下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的承載力校核及安全評(píng)價(jià)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海上風(fēng)機(jī)數(shù)值仿真計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于海上風(fēng)機(jī)整體耦合 計(jì)算的樁基線性化及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超單元計(jì)算方法。

背景技術(shù)

全球海上風(fēng)能資源豐富，我國(guó)作為海上風(fēng)能資源蘊(yùn)藏量最為豐富的國(guó)家之一，其中東 部沿海地區(qū)，5-25米水深、50米高度海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力突破2億千瓦；25-50米水深、70米高度海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)潛力達(dá)到50萬(wàn)MW。

近年來(lái)我國(guó)海上風(fēng)電事業(yè)發(fā)展迅速，海上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)發(fā)建設(shè)采用了重力式、高樁承臺(tái)、 單樁、導(dǎo)管架和多樁基礎(chǔ)等多種固定式基礎(chǔ)形式。與陸上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 不僅需要考慮基礎(chǔ)承載力、風(fēng)載，還應(yīng)將波浪等水動(dòng)力載荷納入設(shè)計(jì)過(guò)程中。特別是，隨著設(shè)計(jì)水深的不斷增加，風(fēng)荷載、波浪荷載及海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)之間的相互作用對(duì)于結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響愈發(fā)明顯。因此，對(duì)于海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)而言，現(xiàn)階段最核心的技術(shù)挑戰(zhàn)為如何準(zhǔn)確得到風(fēng)、浪等復(fù)雜環(huán)境荷載聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。

目前，已有的風(fēng)、浪聯(lián)合作用下海上風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真計(jì)算模型對(duì)于固定式基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)邊界條件主要采用固定邊界條件，這一方法固定約束邊界條件的主要缺點(diǎn)為無(wú)法考慮 樁-土相互作用對(duì)于風(fēng)、浪作用下海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的影響，無(wú)法獲得準(zhǔn)確的海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu) 動(dòng)力響應(yīng)。因此，建立轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)-塔筒結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)-樁基礎(chǔ)，并包含傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)電伺服 控制策略的海上風(fēng)機(jī)整體耦合模型對(duì)于準(zhǔn)確模擬隨機(jī)風(fēng)、浪作用下海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響應(yīng) 至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種適用于海上風(fēng)機(jī)整體耦合計(jì)算的樁基線性化及 超單元計(jì)算方法。基于該發(fā)明提出的整體耦合模型可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)、浪和流荷載聯(lián)合作用下的 海上風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力-水動(dòng)力-控制系統(tǒng)-樁土相互作用-結(jié)構(gòu)彈性的整體耦合分析。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種適用于海上風(fēng)機(jī)整體耦合計(jì)算的樁基線性化及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超單元計(jì)算方法，其整體 耦合計(jì)算的樁基線性化及超單元計(jì)算方法包括以下步驟：

a.利用MATLAB編程，開(kāi)展樁基線性化，生成線性化的樁基礎(chǔ)剛度、質(zhì)量矩陣文件，以及在側(cè)向荷載作用下沿著樁基各點(diǎn)的位移、剪力以及彎矩的關(guān)系；

b.基于MATLAB編程，利用界面交互程序，讀取線性化的樁基礎(chǔ)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量矩陣文件，運(yùn)用Guyan方法、Dynamic方法和Craig-Bampton方法進(jìn)行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)超單 元矩陣計(jì)算，凝聚基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量矩陣；

c.基于FAST v8開(kāi)發(fā)樁土相互作用模塊，讀取步驟b計(jì)算出來(lái)的線性化樁基剛度矩陣， 開(kāi)展單樁、導(dǎo)管架及多樁基礎(chǔ)型式海上風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)整體耦合計(jì)算；

d.基于Fortran程序編譯FAST v7軟件，讀取步驟b計(jì)算出來(lái)的超單元矩陣，開(kāi)展重力式、高樁承臺(tái)基礎(chǔ)形式海上風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)整體耦合計(jì)算。

優(yōu)選的是，所述界面交互程序包含以下子步驟：

b1.讀取步驟a中的線性化后的結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度矩陣，并生成與節(jié)點(diǎn)編號(hào)和自由度相 對(duì)應(yīng)的特征矩陣元素檢索矩陣，進(jìn)一步依據(jù)用戶指令調(diào)用相關(guān)凝聚方法完成初始特征矩陣 凝聚，輸出結(jié)果文件到整體耦合模塊或指定存儲(chǔ)位置；