[发明专利]适用于张力腿式海洋风机基础冲刷深度的监测方法

权利要求书

1.一种适用于张力腿式海洋风机海底基础冲刷深度的水上监测方法，其特征是，包括：

第一步，将海底基础、张力腿与上部风机结构简化，形成风机-张力腿-海底基础模型；

第二步，根据张力腿式风机海底基础的设计标准和工程条件，平均划分海底基础埋深长度，将各埋设长度的侧摩阻力简化为弹簧约束，并计算弹簧约束的刚度系数；

风机及张力腿的质量需根据设计标准确定，二者的质量之和为集中质量单元的质量M；张力腿的轴向刚度需要根据设计指标进行确定，轴向刚度记为K₁；未冲刷时的海底基础的侧摩阻力简化而成的弹簧约束，该弹簧约束的刚度需要根据工程设计值计算，记为K₂；首先将海底基础的埋深进行平均划分，自上而下编号，每段的长度为d，并根据公式(1)计算该段基础的侧摩阻力：

其中：τ_m代表第m段的侧摩阻力，m∈[1,n]，n为大于1的自然数；τ(m)代表海底基础侧面单位面积极限摩阻力；U为海底基础的横截面周长；动力条件下，简化后的弹簧约束的刚度系数等于该段基础的侧摩阻力τ_m；式(2)转化为式(3)

K₂＝τ₁+τ₂+τ₃+...+τ_m+...+τ_n-1+τ_n 式(3)；

第三步，在风机水面以上部分安装多个加速度传感器，用来记录风机的纵向振动加速度信号，并根据信号识别原理获取风机的纵向振动的模态信息，即基于ERA信号处理技术获取整个风机-张力腿-海底基础系统的固有频率及振型；

第四步，根据已知的外部荷载信息、系统的模态信息以及质量矩阵和刚度矩阵，基于结构动力学理论推算冲刷后海底基础侧摩阻力简化弹簧约束的刚度根据结构动力学基础扰动问题中绝对运动问题的基本原理对海底的基础侧摩阻力求解：

将风机、张力腿及海底基础的质量进行集中，记为M，通过ERA分析加速度传感信号获得的频率记为根据式(4)推算冲刷后海底基础侧摩阻力简化弹簧约束的刚度

其中：K₁为张力腿的轴向刚度，为已知量；r²为外部荷载与浮式风机纵向振动频率比，为已知量；

第五步，将计算得到的冲刷后海底基础侧摩阻力简化弹簧约束刚度与未冲刷时未冲刷前的海底基础的侧摩阻力简化弹簧约束刚度K₂对比，确定侧摩阻力的降低程度，根据降低程度推算冲刷深度；未冲刷前的海底基础的侧摩阻力简化弹簧约束刚度K₂与冲刷后海底基础侧摩阻力简化弹簧约束的刚度的差值为设划分后海底基础泥面处为第1段，若τ_m+1+τ_m+2+...+τ_n-1+τ_nατ_m+τ_m+1+τ_m+2+...+τ_n-1+τ_n，则证明冲刷深度应该在第m段深度范围，因此可以确定出冲刷深度的范围在(m-1)d到md之间。

2.如权利要求1所述的适用于张力腿式海洋风机海底基础冲刷深度的水上监测方法，其特征是，第一步中，根据海上风机的外形，构建风机集中质量模型，形成包含波浪简谐荷载、风机和张力腿质量、张力腿轴向刚度及海底基础的侧摩阻力荷载的振动模型。