[发明专利]基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法及系统

权利要求书

1.一种基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于确定风机支撑结构的设计变量，采用抽样方法在设计空间内生成初始样本集合；

对所述初始样本集合中的每一个样本点进行数值模拟，得到相应的结构性能响应结果；

选择代理模型，基于所述初始样本集合和结构性能响应结果，采用所对应的拟合或插值方法建立根据初始样本集合和结构性能响应结果之间的映射关系；

使用代理模型进行结构优化设计，得到塔架和基础结构的初步设计结果，在进行结构优化设计时，在载荷计算后同时对塔架和基础结构进行校核和优化设计；

对所得初步设计结果采用数值仿真进行模拟，确认其可行性和最优性，并校验是否满足收敛准则；如果不满足收敛准则，则选择合适的加点准则添加样本点，更新代理模型，采用更新后的代理模型进行优化设计，直至满足收敛准则，则优化迭代结束。

2.根据权利要求1所述的基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，所述设计变量为塔底直径和单桩直径；结构性能响应为塔架质量、单桩质量以及整体支撑结构频率。

3.根据权利要求1所述的基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，采用中心复合试验方法生成初始样本集合。

4.根据权利要求1所述的基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，结构性能响应为塔架质量、单桩质量以及整体支撑结构频率。

5.根据权利要求1所述的基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，采用Kriging代理模型。

6.根据权利要求1所述的基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，所述收敛准则为：

Δ_weigh/Weigh_n-1≤1％

Δ_frequency/Frequency_n-1≤1％

其中，Δ_weigh/Weigh_n-1≤1％表示本轮和上轮得到的优化设计的塔架质量、单桩质量差别是否在1％以内；Δ_frequency/Frequency_n-1≤1％表示本轮和上轮得到的优化设计的整体支撑结构频率差别是否在1％以内。

7.根据权利要求1所述的基于代理模型的海上风机支撑结构优化设计方法，其特征在于，采用代理模型优化过程中的优化列式为：

find:塔底和单桩基础的直径、壁厚、焊缝高度

minimum:整体支撑结构质量

subject to:

SRF_{ULS_tower}≥1 ①

SRF_{FLS_tower}≥1 ②

UC_{ULS_foundation}≤1 ③

Damage_{FLS_foundation}≤1 ④

单桩基础的设计抗压承载力≤单桩基础的允许抗压承载力⑤

单桩基础的设计变形值≤单桩基础的许用变形值 ⑥其中：SRF_{ULS_tower}表示塔架结构在极限状态下的安全裕度；SRF_{FLS_tower}表示塔架结构在疲劳状态下的安全裕度；UC_{ULS_foundation}表示单桩基础结构在极限状态下的单元指标；Damage_{FLS_foundation}表示单桩基础结构的疲劳损伤。