(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210829854.5 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 中国海洋大学 地址 266100 山东省青岛市崂山区松岭路 238号 (72)发明人 方辉　马浩杰　段利亚　刘勇　 李华军　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. B63B 35/44(2006.01) B63B 71/10(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种海上浮式风机基础结构及其模型的构 建方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种海上浮式风机基础结构 及其模型的构建方法和系统， 涉及海 上风电结构 技术领域， 本发明在材料尺度， 建立了超高性能 混凝土代表体元模型， 以此 获取超高性能混凝土 的屈服行为， 在构件尺度， 建立超高性能混凝土 蜂窝结构代表体元模型， 以此 获取超高性能混凝 土蜂窝结构的屈服行为； 通过超高性能混凝土的 屈服行为和超高性能混凝土蜂窝结构的屈服行 为获取屈服参数来构建蜂窝结构均匀化的连续 介质等效模 型， 将该蜂窝结构均匀化的连续介质 等效模型应用于海上浮式风机基础结构模型的 承载计算与强度校核， 从而实现了超高性能混泥 土、 蜂窝结构、 风机基础结构的多尺度耦合， 实现 了海上浮式风机 基础结构模型的优化设计 。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115107942 A 2022.09.27 CN 115107942 A 1.一种海上浮式风机基础结构， 其特征在于， 包括中空的星型浮力支架以及设置在所 述星型浮力支 架中心的中心立柱； 所述星型浮力支架的中空部分嵌入有超高性 能混泥土蜂窝结构， 以使得浮式基础机构 能够为风机提供支撑和浮力。 2.一种海上浮式风机基础结构模型的构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 建立超高性 能混凝土代表体元模型， 施加周期性边界条件并进行有限元分析， 得到超高性能混凝土的屈 服行为； 基于所述超高性能混凝土的屈 服行为， 获取超高性能混 凝土的目标屈服行为； 步骤二： 建立超高性能混凝土蜂窝结构代表体元模型， 施加周期性边界条件并进行有 限元分析， 得到超高性能混凝土蜂窝结构的屈 服行为， 基于所述超高性能混凝土蜂窝结构 的屈服行为， 确定夹层结构 中超高性能混凝土蜂窝的目标屈 服行为， 用于海上浮式风机基 础结构模型的强度校核中强度判断； 步骤三： 基于所述超高性能混凝土的目标屈服行为获得所述超高性能混凝土蜂窝结构 的目标屈 服行为， 构建蜂窝结构均匀 化的连续介质等效模型， 将所述蜂窝结构均匀 化的连 续介质等效模型应用于海上浮式风机基础结构模型的承载计算与强度校核； 所述蜂窝结构 均匀化的连续介质等效模型包括弹性参数和屈 服参数， 其中弹性参数为弹性模量， 屈 服参 数为屈服应力和 屈服面。 3.根据权利要求1所述的一种 海上浮式风机基础结构模型的构建方法， 其特征在于， 所 述步骤一中， 建立超高性能混凝土代表体元模型， 施加周期性边界条件并进行有限元分析， 得到超高性能混凝 土的目标屈服行为的方法包括： 建立超高性能混凝 土代表体元模型； 对所述超高性能混凝土代表体元模型施加周期性边界条件并在任意两个方向施加不 同的位移荷载， 得到所述超高性能混凝 土不同的力 ‑位移曲线； 根据所述超高性能混凝土不同的力 ‑位移曲线得到超高性能混凝土不同的屈服点， 基 于超高性能混凝 土不同的屈服 点得到超高性能混凝 土的目标屈服行为。 4.根据权利要求1所述的一种 海上浮式风机基础结构模型的构建方法， 其特征在于， 所 述步骤二中， 建立超高性能混凝土蜂窝结构代表体元模型， 施加周期性边界条件并进行有 限元分析， 得到超高性能混凝 土蜂窝结构的屈服行为的方法包括： 建立超高性能混凝 土蜂窝结构代 表体元模型； 对所述超高性能混凝土蜂窝结构代表体元模型施加周期性边界条件并在任意两个方 向施加不同的位移荷载， 得到所超高性能混凝 土蜂窝结构不同的力 ‑位移曲线； 根据所述超高性能混凝土蜂窝结构不同的力 ‑位移曲线得到不同的屈服点， 基于不同 的屈服点得到超高性能混凝 土蜂窝结构的屈服行为。 5.根据权利要求4所述的一种 海上浮式风机基础结构模型的构建方法， 其特征在于， 所 述步骤二中， 基于所述超高性能混凝土蜂窝结构的屈 服行为， 确定夹层结构 中超高性能混 凝土蜂窝的目标屈服行为的方法包括： 建立超高性能混凝 土蜂窝夹层梁的数值模型； 在超高性能混凝土蜂窝夹层梁的数值模型底部施加弹性地基约束、 顶部施加均布荷 载， 进行有限元分析， 得到超高性能混凝 土蜂窝夹层梁的屈服行为；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115107942 A 2基于超高性能混凝土蜂窝夹层梁的屈服行为， 根据超高性 能混凝土蜂窝结构典型承载 状态下应力场特 征， 确定夹层结构中超高性能混凝 土蜂窝的目标屈服行为。 6.根据权利要求1所述的一种 海上浮式风机基础结构模型的构建方法， 其特征在于， 所 述步骤三中， 基于所述超高性能混凝土的目标屈服行为 获得所述超高性能混凝土蜂窝结构 的目标屈服行为， 构建蜂窝结构均匀化的连续介质等效模型的方法包括： 根据所述超高性能混凝土的目标屈服行为获得超高性能混凝土蜂窝结构的目标屈服 行为， 计算确定所述超高性能混凝土蜂窝结构x、 y、 z方向受压段的力 ‑位移曲线和竖直方向 上剪力的力 ‑位移曲线； 将所述力 ‑位移曲线转换为应力应变曲线， 并通过所述应力应变曲线计算超高性能混 凝土蜂窝结构的弹性模量和 屈服应力； 将各方向上的屈服应力和弹性模量输入ABAQUS中， 可实施计算， 以均匀化实体单元替 代蜂窝结构， 得到蜂窝结构的均匀化 等效连续介质模型。 7.一种海上浮式风机基础结构模型的构建系统， 其特 征在于， 包括： 第一目标屈服行为计算单元， 用于建立超高性能混凝土代表体元模型， 施加周期性边 界条件并进行有限元分析， 得到超高性能混凝土的屈 服行为； 基于所述超高性能混凝土的 屈服行为， 获取超高性能混凝 土的目标屈服行为； 第二目标屈服行为计算单元， 用于建立超高性能混凝土蜂窝结构代表体元模型， 施加 周期性边界条件并进行有限元分析， 得到超高性能混凝土蜂窝结构的屈 服行为， 基于所述 超高性能混凝土蜂窝结构的屈服行为， 确定夹层结构中超高性能混凝土蜂窝的目标屈服行 为； 模型构建单元， 基于所述超高性能混凝土的目标屈服行为获得所述超高性能混凝土蜂 窝结构的目标屈服行为， 构建蜂窝结构均匀化的连续介质等效模型； 模型承载计算与强度校核单元， 将蜂窝结构均匀化的连续介质等效模型应用于海上浮 式风机基础结构模型， 并实施承载计算与强度校核。 8.根据权利要求7所述的一种 海上浮式风机基础结构模型的构建系统， 其特征在于， 所 述第一目标屈服行为计算单 元具体用于： 建立超高性能混凝 土代表体元模型； 对所述超高性能混凝土代表体元模型施加周期性边界条件并在任意两个方向施加不 同的位移荷载， 得到所述超高性能混凝 土不同的力 ‑位移曲线； 根据所述超高性能混凝土不同的力 ‑位移曲线得到超高性能混凝土不同的屈服点， 基 于超高性能混凝 土不同的屈服 点得到超高性能混凝 土的目标屈服行为。 9.根据权利要求7所述的一种 海上浮式风机基础结构模型的构建系统， 其特征在于， 所 述第二目标屈服行为计算单 元具体用于： 建立超高性能混凝 土蜂窝结构代 表体元模型； 对所述超高性能混凝土蜂窝结构代表体元模型施加周期性边界条件并在任意两个方 向施加不同的位移荷载， 得到所述超高性能混凝 土蜂窝结构不同的力 ‑位移曲线； 根据所述超高性能混凝土蜂窝结构不同的力 ‑位移曲线得到不同的屈服点， 基于不同 的屈服点得到超高性能混凝 土蜂窝结构的屈服行为。 10.根据权利要求9所述的一种海上浮式风机基础结构模型的构建系统， 其特征在于，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115107942 A 3