[发明专利]海上风电单桩基础设计计算优化出图的集成化分析方法

说明书

本发明涉及海上风电能源工程中的基础设计计算优化技术领域，具体公开了一种海上风电单桩基础设计计算优化出图的集成化分析方法，根据项目基本信息，以非线性有限元为基础进行分析，通过将单桩基础中桩土之间的非线性特性通过计算转化为线性弹簧，计算分析单桩基础的静力、动力、疲劳工况，并对单桩基础的静力、动力、疲劳工况以工程成本为目标值进行优化设计，然后提取绘图基本信息，生成图纸及工程量。本发明将将复杂的海上风电非线性计算分析线性化处理，在保证计算精度的同时，节约了计算的反应时间以及降低了非线性分析的不确定性。

技术领域

本发明涉及海上风电能源工程中的基础设计计算优化技术领域，特别涉及海上风电单桩基础设计计算优化出图的集成化分析方法。

背景技术

随着全球性的能源短缺、环境污染、气候变暖等问题日益突出，我国能源结构及发展方向也做出重大调整。近十年来，风电、太阳能等可再生能源在我国得到了大力发展，尤其是陆上风电，风电场总容量屡创新高。随着陆上风电的大量开发，陆上规模风电日趋饱和，近海风电的开发也开始登上绿色能源发展的历史舞台。近年来，我国多个近海风电项目已陆续投运或建设，近海风电场的建造技术也日趋成熟。

而海上风电基础设计涉及海洋水文学、建筑结构学、岩土工程学多专业多学科知识，不能采用常规的设计手段，设计者需精通结构设计理论、有限元分析，具备一定的编程能力，其设计复杂困难。因此急需一种集分析计算优化的分析方法以解决海上风电单桩基础的分析方法。

使用有限元分析海上风电单桩基础有以下几个问题：

（一）常规有限元分析方法通常需要使用者具备一定的专业知识，并对软件要有较为熟练的运用能力。特别的针对海上风电基础设计，其更要求使用者具备多专业的理论知识，这对于初学者往往需要几个月甚至更多的时间进行学习，这对于我们设计周期显然是无法满足的。

（二）海上风电单桩基础由于结构体系较为简单，但其所处环境较为复杂（海泥面以下对桩的支撑作用、海水环境荷载等），而对于桩土之间的支撑接触问题，一般的固定约束或线性弹簧约束对于计算结果相差较大；同时若采用非线性约束，其结果的准确性往往依靠设计者的经验，且计算的时间及收敛性都有较大影响。

（三）针对一般的有限元分析，其结构（模型）若有调整，往往需要设计者重新建模，花费时间较多；而对于海上风电工程，其基础的工程量往往会对整个工程的造价有较大的影响，这就需要设计者具备一定的设计经验，同时不断的对设计结果进行修正优化，以达到最优工程量的目的。这都需要花费较多的时间。

（四）除专门的海工软件外，采用有限元程序进行分析海上风电基础后，其输出结果仅为结构内力结果（弯矩、剪力、轴力、变形等），且由于结构单元划分常常数据巨大，使用者对每组内力结构需按规范要求进行后处理分析以满足规范要求（如钢结构材料许用应力比要求、桩基承载力要求，变形要求，疲劳损伤度即疲劳寿命要求），工作量巨大。

（五）针对最终优化结果，使用者最后需在此基础上完成图纸的设计绘制，这也需使用者具备一定的工程知识，同时设计图纸的正确性以及完整性都对设计者有较大依赖性，需要设计者花费较多的时间进行绘制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种海上风电单桩基础设计计算优化出图的集成化分析方法，将复杂的海上风电非线性计算分析线性化处理，在保证计算精度的同时，节约了计算的反应时间以及降低了非线性分析的不确定性。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

海上风电单桩基础设计计算优化出图的集成化分析方法，根据项目基本信息，以非线性有限元为基础进行分析，通过将单桩基础中桩土之间的非线性特性通过计算转化为线性弹簧，计算分析单桩基础的静力、动力、疲劳工况，并对单桩基础的静力、动力、疲劳工况进行优化设计，然后提取绘图基本信息，生成图纸。

在一些可能的实施方式中，具体包括以下步骤：