[发明专利]三桩基础的疲劳损伤确定方法和设备

说明书

提供一种三桩基础的疲劳损伤确定方法和设备，上述疲劳损伤确定方法包括：建立关于三桩基础的有限元模型，并在三桩基础的基顶建立局部坐标系；按照局部坐标系向有限元模型中的三桩基础的基顶分别施加多种单位载荷，提取应力应变信息；获取局部坐标系下的疲劳时序载荷；根据所述局部坐标系下的疲劳时序载荷和所述应力应变信息，计算三桩基础的不同位置处在局部坐标系的疲劳时序载荷作用下的多个应力分量，以计算三桩基础的疲劳强度安全系数。采用本发明示例性实施例的三桩基础的疲劳损伤确定方法和设备，考虑到不同载荷分量、不同基础位置对结构疲劳强度的影响，使得结果更加全面。

技术领域

本发明总体上涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种海上三桩基础的疲劳损伤确定方法和设备。

背景技术

三桩基础是海上风电的重要基础结构形式，多用于水深在40m左右的海上区域，三桩基础通常由多个直径在2m左右、壁厚在40mm-70mm之间的圆筒形钢管焊接而成。作为海上支撑结构的重要组成部分，三桩基础在25年的设计寿命期间，一方面要承受风力发电机组在运行过程中的各种复杂动态载荷和海浪动态载荷，另一方面其本身的复杂焊接结构，尤其是焊缝使得其更容易发生疲劳破坏，因此三桩基础的疲劳安全性是海上支撑结构安全性的重要内容之一。

对于现有三桩基础的疲劳计算，多采用名义应力法(nominal stress method，不考虑结构局部细节的整体应力，通常采用材料力学公式计算得到)对焊接接头进行疲劳计算，在具体使用过程中，分别是使用塔底疲劳马尔科夫矩阵和基于莫里森公式得到的波浪疲劳载荷对焊接接头进行疲劳损伤的叠加计算，对于具有规则形状尤其是焊缝法向方向垂直于泥面的焊缝来说，该评价方法是合理有效的，因为此时计算得到的名义应力是基于结构的尺寸，但是对于焊缝方向不垂直于泥面的焊缝来说，由于载荷和焊缝的结构尺寸方向并不一致，此时得到的名义应力并不能准确反映此时结构的应力分布，此时再使用名义应力法对结构进行疲劳计算可能会造成计算结果过保守或过不保守。

发明内容

本发明的示例性实施例的目的在于提供一种三桩基础的疲劳损伤确定方法和设备，以克服上述至少一个缺点。

在一个总体方面，提供一种三桩基础的疲劳损伤确定方法，所述疲劳损伤确定方法包括：建立关于三桩基础的有限元模型，并在三桩基础的基顶建立局部坐标系；按照局部坐标系向有限元模型中的三桩基础的基顶分别施加多种单位载荷，提取三桩基础的不同位置处在局部坐标系的所述多种单位载荷作用下的应力应变信息；获取在三桩基础的底部的疲劳时序载荷；对获取的疲劳时序载荷载进行坐标转换，获得所述局部坐标系下的疲劳时序载荷；根据所述局部坐标系下的疲劳时序载荷和所述应力应变信息，计算三桩基础的不同位置处在局部坐标系的疲劳时序载荷作用下的多个应力分量；基于所述多个应力分量计算三桩基础的不同位置处的应力谱，并基于三桩基础的不同位置处的应力谱计算三桩基础的疲劳强度安全系数。

可选地，所述三桩基础可包括第一桩、第二桩、第三桩和一个承台，其中，在三桩基础的基顶建立局部坐标系的步骤可包括：在第一桩、第二桩、第三桩的基顶处分别建立第一局部坐标系、第二局部坐标系、第三局部坐标系，在承台的基顶处以预定角度间隔建立多个第四局部坐标系，其中，按照局部坐标系向有限元模型中的三桩基础的基顶分别施加多种单位载荷，提取三桩基础的不同位置处在局部坐标系的所述多种单位载荷作用下的应力应变信息的步骤可包括：按照第一局部坐标系向第一桩的基顶分别施加多种单位载荷，按照第二局部坐标系向第二桩的基顶分别施加多种单位载荷，按照第三局部坐标系向第三桩的基顶分别施加多种单位载荷，按照所述多个第四局部坐标系向承台的基顶分别施加多种单位载荷，提取三桩基础的不同位置处在各局部坐标系的多种单位载荷作用下的应力应变信息。

可选地，所述疲劳损伤确定方法可还包括：在三桩基础表面施加壳单元；在第一桩、第二桩、第三桩的基顶以及承台的基顶分别建立载荷伞，以经由所建立的载荷伞的传递，提取三桩基础的不同位置处在各局部坐标系的多种单位载荷作用下的应力应变信息，其中，不同位置处可指在每个壳单元处或者在有限元模型的每个节点处。