本技术涉及风力发电，尤其涉及一种海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算方法。
背景技术：
1、相关技术中，通常采用确定性疲劳分析方法获取海上风电机组在等效疲劳荷载作用下结构的风致疲劳损伤，并采用谱疲劳分析方法计算获取风电机组在波浪荷载作用下结构的浪致疲劳损伤，最后将上述两种损伤线性叠加后得到风电机组的理论疲劳损伤。该方法未考虑风浪之间的非线性耦合，导致得到的理论疲劳损伤与实际情况偏差较大。
技术实现思路
1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、第一方面，本技术提出一种海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算方法，所述方法包括：获取风电机组对应的板壳模型和所述风电机组单桩基础的有限元模型；忽略局部结构对整体模型的影响，将所述板壳结构简化为杆系结构的整体等效模型；基于所述整体等效模型进行风浪联合的时程动力响应分析，获得所述风电机组单桩基础的至少一个截面在至少一个方向的等效剪力幅和等效弯矩幅；基于每个所述截面对应的所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述截面对应的荷载幅；基于所述有限元模型中所述风电机组单桩基础对应的部分有限元模型和所述荷载幅进行等效静力计算，获取所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力；基于所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，获得所述风电机组单桩基础中关键部位的疲劳损伤值。
3、在一种实现方式中，所述忽略局部结构对整体模型的影响，将所述板壳结构简化为杆系结构的整体等效模型，包括：将由所述风电机组中主机、轮毂、叶片构成的整机系统简化为所述风电机组塔筒顶部的等效集中质量点；忽略局部结构对整体模型的影响，将所述风电机组塔筒和所述风电机组单桩基础对应的板壳结构进行等效简化，建立杆系结构的梁单元模型；基于非线性弹簧模拟所述风电机组单桩基础所插入土体与所述风电机组单桩基础之间的相互作用；基于所述等效集中质量点、所述梁单元模型和所述非线性弹簧，获取所述整体等效模型。
4、在一种实现方式中，所述基于所述整体等效模型进行风浪联合的时程动力响应分析，获得所述风电机组单桩基础的至少一个截面在至少一个方向的等效剪力幅和等效弯矩幅，包括：获取所述风电机组单桩基础在至少一个工况对应的时程荷载；分别基于每个所述工况对应的所述时程荷载和所述整体等效模型进行时域动力响应分析，获得每个所述截面在每个所述工况对应的剪力时序数据和弯矩时序数据；基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述剪力时序数据，获得每个所述截面对应的剪力时序数据组；基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述弯矩时序数据，获得每个所述截面对应的弯矩时序数据组；获取每个所述工况对应的工况时长；基于每个所述工况对应的工况时长获得每个所述工况对应的循环次数；分别基于每个工况对应的所述循环次数，采用雨流计数法分别对每个所述截面在每个所述工况对应的所述剪力时序数据组和所述弯矩时序数据组进行统计，获得每个所述截面的所述剪力谱和所述弯矩谱；基于每个所述截面的所述剪力谱和所述弯矩谱，获得每个所述截面的每个所述方向的所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅。
5、在一种可选地实现方式中，所述基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述剪力时序数据，获得每个所述截面对应的剪力时序数据组，包括：设定至少一个角度扇区；基于每个所述截面在每个所述工况对应的剪力时序数据，获得每个所述截面的合剪力时序数据；其中，所述合剪力时序数据包括剪力大小和剪力角度；基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述弯矩时序数据，获得每个所述截面的合弯矩时序数据；其中，所述合弯矩时序数据包括弯矩大小和弯矩角度；基于所述剪力角度，将每个所述截面的所述合剪力分布于每个所述角度扇区中，形成剪力时序数据组；基于所述弯矩角度，将所述合弯矩数据分布于每个所述角度扇区中，形成弯矩时序数据组。
6、在一种实现方式中，所述基于每个所述截面对应的所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述截面对应的荷载幅，包括：获取每个所述截面对应的截面高程；基于所述截面高程将所述风电机组单桩基础划分为至少一个单桩分段；基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述单桩分段对应的分段水平力；基于每个所述单桩分段对应的所述分段水平力，获取每个所述单桩分段对应的所述荷载幅。
7、在一种可选地实现方式中，每个所述单桩分段包括一个梁单元和一个集中质量点，所述基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述单桩分段对应的分段水平力，包括：基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获得所述至少一个单桩分段中第一单桩分段所包括所述集中质量点对应的所述分段水平力；其中，所述第一单桩分段为所述至少一个单桩分段中处于顶端的单桩分段；基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获得每个所述单桩分段中第二单桩分段所包括所述梁单元对应的所述分段水平力；其中，所述第二单桩分段为所述至少一个单桩分段中除所述第一单桩分段外的任一单桩分段。
8、在一种实现方式中，所述基于所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，获得所述风电机组单桩基础中关键部位的疲劳损伤值，包括：基于所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，获取所述关键部位中至少一个预设考察点对应的目标热点应力值；获取每个所述考察点对应的s-n曲线；分别基于每个所述考察点对应的s-n曲线、每个所述考察点对应的目标热点应力值、预设的荷载循环次数和预设的安全系数，计算每个所述考察点的疲劳损伤值。
9、第二方面，本技术提出一种海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算装置，所述装置包括：获取模块，用于获取风电机组对应的板壳模型和所述风电机组单桩基础的有限元模型；第一处理模块，用于忽略局部结构对整体模型的影响，将所述板壳结构简化为杆系结构的整体等效模型；第二处理模块，用于基于所述整体等效模型进行风浪联合的时程动力响应分析，获得所述风电机组单桩基础的至少一个截面在至少一个方向的等效剪力幅和等效弯矩幅；第三处理模块，用于基于每个所述截面对应的所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述截面对应的荷载幅；应力计算模块，用于基于所述有限元模型中所述风电机组单桩基础对应的部分有限元模型和所述荷载幅进行等效静力计算，获取所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力；疲劳计算模块，用于基于所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，获得所述风电机组单桩基础中关键部位的疲劳损伤值。
10、在一种实现方式中，所述第一处理模块具体用于：将由所述风电机组中主机、轮毂、叶片构成的整机系统简化为所述风电机组塔筒顶部的等效集中质量点；忽略局部结构对整体模型的影响，将所述风电机组塔筒和所述风电机组单桩基础对应的板壳结构进行等效简化，建立杆系结构的梁单元模型；基于非线性弹簧模拟所述风电机组单桩基础所插入土体与所述风电机组单桩基础之间的相互作用；基于所述等效集中质量点、所述梁单元模型和所述非线性弹簧，获取所述整体等效模型。
11、在一种实现方式中，所述第二处理模块具体用于：获取所述风电机组单桩基础在至少一个工况对应的时程荷载；分别基于每个所述工况对应的所述时程荷载和所述整体等效模型进行时域动力响应分析，获得每个所述截面在每个所述工况对应的剪力时序数据和弯矩时序数据；基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述剪力时序数据，获得每个所述截面对应的剪力时序数据组；基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述弯矩时序数据，获得每个所述截面对应的弯矩时序数据组；获取每个所述工况对应的工况时长；基于每个所述工况对应的工况时长获得每个所述工况对应的循环次数；分别基于每个工况对应的所述循环次数，采用雨流计数法分别对每个所述截面在每个所述工况对应的所述剪力时序数据组和所述弯矩时序数据组进行统计，获得每个所述截面的所述剪力谱和所述弯矩谱；基于每个所述截面的所述剪力谱和所述弯矩谱，获得每个所述截面的每个所述方向的所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅。
12、在一种可选地实现方式中，所述第二处理模块具体用于：设定至少一个角度扇区；基于每个所述截面在每个所述工况对应的剪力时序数据，获得每个所述截面的合剪力时序数据；其中，所述合剪力时序数据包括剪力大小和剪力角度；基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述弯矩时序数据，获得每个所述截面的合弯矩时序数据；其中，所述合弯矩时序数据包括弯矩大小和弯矩角度；基于所述剪力角度，将每个所述截面的所述合剪力分布于每个所述角度扇区中，形成剪力时序数据组；基于所述弯矩角度，将所述合弯矩数据分布于每个所述角度扇区中，形成弯矩时序数据组。
13、在一种实现方式中，所述第三处理模块具体用于：获取每个所述截面对应的截面高程；基于所述截面高程将所述风电机组单桩基础划分为至少一个单桩分段；基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述单桩分段对应的分段水平力；基于每个所述单桩分段对应的所述分段水平力，获取每个所述单桩分段对应的所述荷载幅。
14、在一种可选地实现方式中，每个所述单桩分段包括一个梁单元和一个集中质量点，所述第三处理模块具体用于：基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获得所述至少一个单桩分段中第一单桩分段所包括所述集中质量点对应的所述分段水平力；其中，所述第一单桩分段为所述至少一个单桩分段中处于顶端的单桩分段；基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获得每个所述单桩分段中第二单桩分段所包括所述梁单元对应的所述分段水平力；其中，所述第二单桩分段为所述至少一个单桩分段中除所述第一单桩分段外的任一单桩分段。
15、在一种实现方式中，所述疲劳计算模块具体用于：基于所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，获取所述关键部位中至少一个预设考察点对应的目标热点应力值；获取每个所述考察点对应的s-n曲线；分别基于每个所述考察点对应的s-n曲线、每个所述考察点对应的目标热点应力值、预设的荷载循环次数和预设的安全系数，计算每个所述考察点的疲劳损伤值。
16、第三方面，本技术提出一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面所述的海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算方法。
17、第四方面，本技术提出一种计算机可读存储介质，用于存储有指令，当所述指令被执行时，使如第一方面所述的方法被实现。
18、第五方面，本技术提出一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现如第一方面所述的海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算方法的步骤。
19、本技术提供的海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算方法、装置、系统、设备及存储介质，可以基于风电机组的整体等效模型和风电机组在不同工况下的时程荷载获得风电机组单桩基础的等效剪力幅和等效弯矩幅，从而根据等效剪力幅和等效弯矩幅获得风电机组单桩不同高程的荷载幅，以根据荷载幅和风电机组单桩基础的有限元模型进行计算，获得所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，所述风电机组单桩基础中关键部位在应力作用下的疲劳损伤值。能够通过对风浪对风电机组的作用进行联合分析，获得风电机组单桩基础的荷载幅，以根据该荷载幅获得更为准确的风电机组单桩基础局部结构疲劳损伤值。
20、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
1.一种海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述忽略局部结构对整体模型的影响，将所述板壳结构简化为杆系结构的整体等效模型，包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述整体等效模型进行风浪联合的时程动力响应分析，获得所述风电机组单桩基础的至少一个截面在至少一个方向的等效剪力幅和等效弯矩幅，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述截面在每个所述工况对应的所述剪力时序数据，获得每个所述截面对应的剪力时序数据组，包括：
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述截面对应的所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述截面对应的荷载幅，包括：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，每个所述单桩分段包括一个梁单元和一个集中质量点，所述基于所述等效剪力幅和所述等效弯矩幅，获取每个所述单桩分段对应的分段水平力，包括：
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述风电机组单桩基础中局部结构的热点应力，获得所述风电机组单桩基础中关键部位的疲劳损伤值，包括：
8.一种海上风电单桩基础局部结构时域全耦合的疲劳计算装置，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1～7中任一项所述的方法。
