(19)中华 人民共和国 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 202111441833.8 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 明阳智慧能源集团股份公司 地址 528437 广东省中山市 火炬开发区火 炬路22号 (72)发明人 黄云龙　王超　牛圣凯　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 代理人 刘畅 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种海上风机载荷快速评估方法、 系统、 介 质及设备 (57)摘要 本发明公开了一种海上风机载荷快速评估 方法、 系统、 介质及设备， 采用DOS命令进行批处 理并自动生成APDL命令调用ANSYS内核进行仿真 运算， 通过计算得到土抗力与桩身位移关系曲 线， 根据土抗力与桩身位移关系曲线得到批量复 核机位塔筒结构底部超单元矩阵， 同时根据土抗 力与桩身位移关系曲线得到批量复核机位的模 态结果， 再根据以往实际项目的载荷历史数据资 料库、 敏感性分析研究成果得到复核机位的特征 载荷插值函数， 根据所得到的批量复核机位的模 态结果和超 单元矩阵， 以及代表机位的仿真载荷 结果， 结合特征载荷插值函数， 即可快速批量化 得到海上风电项目大量复核机位的基础载荷， 节 省大量的人力及硬件资源， 且测试结果更加准 确。 权利要求书5页 说明书12页 附图5页 CN 114330047 A 2022.04.12 CN 114330047 A 1.一种海上风机载荷快速 评估方法， 其特 征在于， 包括： 基于泥面以下基础桩结构和土质参数计算得到土抗力与桩身位移关系曲线； 基于海上 风电项目的载荷历史数据资料库以及敏感性分析研究成果拟合得到每个复核机位的特征 载荷插值 函数； 基于土抗力与桩身位移关系曲线、 基础桩结构模型、 塔筒结构模型和风力发电机组模 型的凝聚质点， 并采用模态算法程序计算得到每个复核机位的固有频率和模态振型； 基于 土抗力与桩身位移关系曲线和基础桩结构模型采用超单元凝聚算法得到每个复核机位塔 筒结构底部超单 元矩阵； 基于代表机位的仿真载荷结果以及所得到的每个复核机位的固有频率、 模态振型、 超 单元矩阵， 结合特 征载荷插值 函数即可 快速得到每 个复核机位的基础载荷。 2.根据权利要求1所述的一种 海上风机载荷快速评估方法， 其特征在于： 所述的基于土 抗力与桩身位移关系曲线、 基础桩结构模型、 塔筒结构模型和风力发电机组模型 的凝聚质 点， 并采用模态算法程序计算得到每 个复核机位的固有频率和模态振型的具体过程如下： 将基础桩结构作为梁单元进行计算， 假设沿基础桩结构的长将其划分为n ‑1个单元， 共 计n个节点， 将基础桩结构‑土体系看作两部 分： 一部分是基础 桩结构的本体， 采用有限元 理 论进行模拟， 另一部分是基础桩结构与土的相互作用， 采用刚度单 元进行模拟； 其中， 采用有限元理论对基础桩结构的本体进行模拟的具体过程如下： 采用Beam单元， 依据基础桩结构的截面、 长度和材料属性求解得到其刚度矩阵， 假设其 刚度矩阵为K1； 此处考虑基础桩结构Beam单 元的六个自由度， 即三个平动自由度和三个转动自由度； 采用刚度单 元对基础桩结构与土的相互作用进行模拟的具体过程如下： 刚度单元的参数通过规范算法进行求解确定， 通过规范算法计算得到基础桩结构 ‑土 体系所有n个节 点位置的p ‑y和t‑z曲线， 此即为土抗力与桩身位移关系曲线， 再得到每个节 点的刚度单 元参数， 即在任一 点位置产生的位移与对应点节点反力的关系， 表示 为： 根据有限元理论， 基础桩结构顶部刚度矩阵表示 为： 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114330047 A 2将得到的基础桩结构顶部刚度矩阵与基础桩结构顶部以上的部分采用有限元理论组 装得到整体结构的刚度矩阵K和质量矩阵M， 并建立方程： (K‑λM)Φ＝0 其中， λ和Φ分别为特征值矩阵和特征向量矩阵； 基础桩结构顶部以上的部分包括塔筒 结构模型和风力发电机组模型的凝聚质点； 采用QR算法求解矩阵全部特征值， QR算法迭代计算完成后的全部特征值， 即为所有复 核机位的 的固有频率和模态振型。 3.根据权利要求1所述的一种 海上风机载荷快速评估方法， 其特征在于： 所述的基于土 抗力与桩身位移关系曲线和基础桩结构模型采用超单元凝聚算法得到每个复核机位塔筒 结构底部超单 元矩阵的具体过程如下： 先建立塔筒以下基础桩结构精细有限元模型， 以及通过规范算法计算得到的基础桩结 构‑土体系的土抗力与桩身位移关系曲线刚度有限元模型， 假设其动力运动方程 为式a： 其中， 下标m表示主自由度， 即需要凝聚保留的自由度； xm表示主自由度的位移向量； 下 标s表示副自由度， 即需要消掉的自由度； xs表示副自由度的位移向量； Kmm和Kss分别表示对 应于主自由度和副自由度的刚度矩阵； Mmm和Mss分别表示对应于主 自由度和副自由度的质 量矩阵； Kms和Ksm表示主自由度和副自由度刚度矩阵的耦合项； Mms和Msm表示主自由度和副自 由度质量矩阵的耦合项； 和 分别表示主自由度和副自由度的加速度向量； Fm表示作用 在主自由度上的外荷载向量； 为实现超单元凝聚则需要消掉副自由度， 保留主自由度， 即将动力运动方程转化为只 有主自由度的方程， 因此需要得到整体 自由度位移向量和主自由度位移向量的关系， 即转 换关系式b： 其中， I表示单位矩阵； 将转换关系式b代入式 a， 并将方程左侧乘以T T得到： 将上式简化 为： 其中， K0和M0为凝聚后的刚度矩阵和质量矩阵， 且 满足： 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114330047 A 3