[发明专利]一种海上风机基础全时程耦合疲劳分析方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海上风机的疲劳分析方法及系统，特别是涉及一种海上风机基础在风波流载荷下的全时程耦合疲劳分析方法及系统。

背景技术

海上风力资源丰富。通常离岸10km的海上风速要比沿岸陆上高出25％，深海区域的风力资源比近海区域更为丰富。据统计，美国海域在水深60～900m处的海上风力资源达到1533GW，而近海0～30m的水域只有430GW。据国家发展和改革委员会能源研究所等机构的研究，中国近海10m、20m和30m水深以内的海域风能资源分别约为1×10⁸kW、3×10⁸kW和4.9×10⁸kW。按比例计算，深海60～900m处的海上风能资源将约有l7.4×10⁸KW，海上风力发电发展前景广阔。

海上风机的基础有重力式、桩式及浮动式等几种基础型式。钢桩基础是目前应用最多的一种基础结构型式，适用于潮间带以及100米以下水深海域，有单桩、多桩、导管架之分。海上风机基础与陆上基础不同，除了承受风载荷、上部风机运行载荷以外，还承受波浪载荷、海流载荷等，如何实现风机基础在多种工况下的分析尤其是疲劳分析是我们关注的重点。

传统的海洋结构疲劳分析方法是采用谱疲劳分析方法，通常认为对于海洋平台结构，波浪是造成结构疲劳的主要原因，通过波浪的分布概率散点图来计算结构的疲劳寿命，称为谱疲劳分析方法。而对于陆上风机结构部件的疲劳分析，一般采用风机的全时程载荷曲线来进行结构的疲劳计算。而对于海上风机基础来说，同时要承受波谱+时程力的耦合作用，这就需要工程师解决如何进行风波流全时程耦合下的疲劳计算，如何进行频域+时域的耦合分析，如何把风机的N个疲劳载荷工况结合波谱曲线进行疲劳耦合分析等技术问题，而目前国内外尚无解决上述技术问题的有效手段和方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海上风机基础全时程耦合疲劳分析方法及系统，使其可实现对海上风机基础进行风波流全时程耦合下的疲劳计算、频域与时域耦合分析、以及疲劳载荷工况结合波谱曲线的疲劳耦合分析。

为解决上述技术问题，本发明一种海上风机基础全时程耦合疲劳分析方法，包括以下步骤：A.利用SACS软件建立海上风机基础及塔筒模型；B.输出基础结构数据文件precede.$PJ；C.运行BLADED软件读取基础结构数据文件precede.$PJ，并进行疲劳工况载荷计算；D.运行SACS软件读取步骤C计算出来的各个工况下的疲劳载荷以及对应的波谱参数，计算并累积各工况下的疲劳损伤，计算出疲劳寿命。

作为本发明的一种改进，所述的步骤A还包括输入模型参数、土壤参数曲线、波流参数以及轮毂处风机载荷的极限力。

所述的步骤A之后还包括利用SACS软件计算模型的静强度承载力，并在其不满足设计要求时调整模型参数的步骤，在模型的静强度承载力满足设计要求后才进入步骤B。

所述的步骤C中BLADED软件是根据IEC61400-1_ed3设计规范进行疲劳工况载荷计算。

所述的步骤C还包括：将BLADED软件计算出的疲劳时程力存储在对应工况文件夹下的thload(x).dat文件中，将风的时程力曲线存储在对应工况文件夹下的thwind(x).dat文件中，将波浪参数存储到对应工况文件夹下的wvrinp(x).dat文件中，分别供SACS软件在步骤D中读取。

所述的步骤D具体包括以下步骤：

D1.根据模型、海况条件和土壤条件进行桩基线性化，生成桩基的超单元文件；

D2.进行桩基结构动力分析，读入步骤D1生成的超单元文件，生成结构的刚度矩阵和质量矩阵；

D3.在第一个疲劳工况荷载条件下，读入步骤C生成的对应工况的文件以及步骤D2生成的刚度矩阵和质量矩阵，结合步骤D1的超单元文件生成该工况下的节点应力幅，再与该工况的疲劳设置文件共同进行疲劳计算，生成第一个工况下的疲劳寿命文件和疲劳累积损伤文件；

D4.在之后的疲劳工况荷载计算中，读入步骤C生成的对应工况文件以及步骤D2生成的刚度矩阵和质量矩阵，结合步骤D1的超单元文件生成该工况下的节点应力幅，再与该工况的疲劳设置文件结合上一工况下的疲劳累积损伤文件共同进行疲劳计算，生成该工况下的疲劳寿命文件和疲劳累积损伤文件；

D5.重复步骤D4直至完成所有工况的疲劳计算，得到海上风机基础的疲劳寿命。

所述的步骤D1还考虑一年一遇的环境载荷数据。