【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于海上浮式結構的設計和安全評估，具體涉及一種浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法。
技術介紹
1、在浮式風光漁設備的整體結構中，塔基部位作為整個設備的支撐結構，不僅承載著上部風力發電裝置、太陽能光伏板以及漁業養殖設施的重量，還需要在復雜多變的海洋環境中保持足夠的穩定性和耐久性。
2、然而，在實際應用中，浮式風光漁設備所處的海洋環境往往十分惡劣，由于風浪的隨機性和不確定性，塔基部位在長期的動態載荷作用下，極易成為整個設備中應力最為集中的區域，不僅會加速塔基材料的疲勞損傷過程，還可能導致結構強度的逐漸下降，進而引發嚴重的安全事故，如設備傾覆、斷裂等；進而會對整個設備的使用壽命產生影響，嚴重影響能源生產和漁業養殖的經濟效益。
技術實現思路
1、本專利技術是基于專利技術人對以下事實和問題的發現和認識做出的：
2、在浮式風光漁設備中，塔基部位不僅承載著風機轉子和太陽能板的重量，更在復雜多變的海洋環境中扮演著穩定整個設備的關鍵角色。其疲勞壽命的長短，直接關聯到設備能否在惡劣的自然條件下持續、穩定地運行，從而保障能源的高效轉換和漁業生產的順利進行。
3、在隨機風浪的持續作用下，浮式結構整體會遭受來自風、波浪以及可能的海流等多種動態載荷的共同影響。這些載荷不僅變化無常，而且往往具有較大的幅值和頻率，對設備的結構強度提出了嚴峻的挑戰。特別是在風切變效應的作用下，風速隨著高度的增加而逐漸增大，使得位于高空的風機轉子需要承受遠超地面風速的巨大風載荷。這些風
4、此外，風機轉子在旋轉過程中產生的高頻啟動載荷也是影響塔基部位疲勞壽命的重要因素之一。這種效應會在短時間內對塔基部位產生劇烈的沖擊載荷，導致其受到額外的動態應力作用。這種應力作用與風載荷產生的彎矩效應相互疊加，進一步加劇了塔基部位的疲勞損傷風險。長期以往，塔基部位的疲勞累積將逐漸累積，最終導致其疲勞壽命的顯著縮短，甚至可能引發結構失效，對設備的安全運行構成嚴重的威脅。
5、為此，本專利技術的實施例提出一種浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法。其包括如下步驟：
6、獲取風光漁設備待投放地的風浪參數及塔基參數，構建風光漁設備的塔基應力時程；
7、將所述塔基應力時程代入雨流算法，得到等效應力幅；
8、根據所述等效應力幅，確定塔基可承受的循環作用次數；
9、將所述塔基可承受的循環作用次數代入線性疲勞累積損傷模型，得到塔基的疲勞壽命。
10、綜上，本專利技術實施例提供的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法可以預測在復雜海洋環境下，浮式風光漁設備塔基結構的耐久性和使用壽命，確保設備的安全穩定運行。
11、在一些實施例中，步驟獲取風光漁設備待投放地的風浪參數及塔基參數，構建風光漁設備的塔基應力時程包括：
12、獲取風光漁設備待投放地的風浪參數及塔基參數；
13、將所述風浪參數和塔基參數代入預設的彎矩運輸模型，得到在第i個工況下的塔基彎矩時程；
14、將所述塔基彎矩時程時程代入應力運算模型，得到風光漁設備的塔基應力時程。
15、在一些實施例中，所述塔基參數包括塔基截面慣性矩和塔基直徑；所述應力運算模型內設有塔基應力時程公式：
16、
17、式中：itower為塔基截面慣性矩；dtower為塔基直徑；mi(t)為在第i個工況下塔基彎矩時程。
18、在一些實施例中，步驟將所述塔基應力時程代入雨流算法，得到等效應力幅包括：
19、將所述塔基應力時程代入雨流算法，得到應力循環的個數、每個應力循環對應的幅值和平均值；
20、根據所述應力循環的個數、每個應力循環對應的幅值和平均值，構建雨流矩陣；
21、根據所述雨流矩陣，得到每個應力循環幅值的出現概率；
22、根據所述應力幅值及該應力幅值出現的概率，計算等效應力幅。
23、在一些實施例中，所述塔基可承受的循環作用次數包括在裂紋萌生階段下塔基可承受的循環作用次數和在裂縫擴展階段塔基可承受的循環作用次數；
24、步驟根據所述等效應力幅，確定塔基可承受的循環作用次數包括：
25、將所述等效應力幅代入疲勞-壽命模型，得到在裂紋萌生階段下塔基可承受的循環作用次數；
26、獲取預設的初始裂縫長度和預設的臨界裂縫長度；
27、將所述初始裂縫長度和所述臨界裂縫長度代入裂紋庫擴展模型，得到在裂縫擴展階段塔基可承受的循環作用次數。
28、在一些實施例中，所述塔基的疲勞壽命包括塔基在裂紋萌生階段疲勞壽命和塔基在裂紋擴展階段疲勞壽命；
29、步驟將所述塔基可承受的循環作用次數代入線性疲勞累積損傷模型，得到塔基的疲勞壽命包括：
30、將在裂紋萌生階段下塔基可承受的循環作用次數代入疲勞壽命運算模型，得到塔基在裂紋萌生階段疲勞壽命；
31、將在裂縫擴展階段塔基可承受的循環作用次數代入疲勞壽命運算模型，得到塔基在裂紋擴展階段疲勞壽命；
32、將所述塔基在裂紋萌生階段疲勞壽命和塔基在裂紋擴展階段疲勞壽命疊加，得到塔基的疲勞壽命。
33、在一些實施例中，所述疲勞-壽命模型內設有公式：
34、
35、式中：ni是在裂紋萌生階段下塔基可承受的循環作用次數；af為塔基的材料參數；sreff為等效應力幅；
36、和/或，所述裂紋庫擴展模型內設有公式：
37、
38、式中：nic是在裂縫擴展階段塔基可承受的循環作用次數；g為裂縫增長率系數；ad為初始裂縫長度；ac為臨界裂縫長度；sreff為等效應力幅；mf為材料常數。
39、在一些實施例中，所述疲勞壽命運算模型內設有公式：
40、
41、式中：fli的單位為年；t0是模擬時長，t0的單位為小時；n0是t0時間內應力循環次數，n為塔基部位可承受的循環作用次數。
42、在一些實施例中，若全年有n個工況作用于該風光漁設備，其中第i個工況出現的概率為pi，所述工況包括風速；則所述疲勞壽命運算模型還設有公式：
43、
44、式中：di＝1fli。
45、在一些實施例中，還包括步驟：
46、獲取風光漁設備待投放地的年平均風速，構建風速概率密度函數曲線；
47、將風速概率密度函數曲線劃分為i個區間，i＞0；
48、將第i個區間的中值設為在參考高度處的風速u，第i個小區間與風速概率密度函數曲線圍成的面積設為在一年內風速u出現的概率pi。
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1.一種浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，步驟獲取風光漁設備待投放地的風浪參數及塔基參數，構建風光漁設備的塔基應力時程包括：
3.根據權利要求2所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，所述塔基參數包括塔基截面慣性矩和塔基直徑；所述應力運算模型內設有塔基應力時程公式：
4.根據權利要求1所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，步驟將所述塔基應力時程代入雨流算法，得到等效應力幅包括：
5.根據權利要求1所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，所述塔基可承受的循環作用次數包括在裂紋萌生階段下塔基可承受的循環作用次數和在裂縫擴展階段塔基可承受的循環作用次數；
6.根據權利要求5所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，所述塔基的疲勞壽命包括塔基在裂紋萌生階段疲勞壽命和塔基在裂紋擴展階段疲勞壽命；
7.根據權利要求5所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析
8.根據權利要求6所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，所述疲勞壽命運算模型內設有公式：
9.根據權利要求8所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，若全年有n個工況作用于該風光漁設備，其中第i個工況出現的概率為Pi，所述工況包括風速；則所述疲勞壽命運算模型還設有公式：
10.根據權利要求9所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，還包括步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，步驟獲取風光漁設備待投放地的風浪參數及塔基參數，構建風光漁設備的塔基應力時程包括：
3.根據權利要求2所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，所述塔基參數包括塔基截面慣性矩和塔基直徑；所述應力運算模型內設有塔基應力時程公式：
4.根據權利要求1所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，步驟將所述塔基應力時程代入雨流算法，得到等效應力幅包括：
5.根據權利要求1所述的浮式風光漁設備的塔基疲勞壽命分析方法，其特征在于，所述塔基可承受的循環作用次數包括在裂紋萌生階段下塔基可承受的循環作用次數和在裂縫擴展階段塔基...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮宗海，吳鐘旺，陳永東，符林波，丘俊昌，周昳鳴，郭曉輝，胡合文，溫棟斌，馮雪嬌，
申請(專利權)人：華能臨高新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：
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