(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 202211078503.1 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 中交第三 航务工程局有限公司 地址 200032 上海市徐汇区平江路139号 (72)发明人 杜宇　李飞鹏　 (74)专利代理 机构 上海湾谷知识产权代理事务 所(普通合伙) 31289 专利代理师 肖进 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种四立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度 的计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种四立柱漂浮式风机基础 撑杆结构强度的计算方法， 包括以下步骤： 步骤 一， 选取三种风机基础易失效或破坏的特征工况 和对应的波形； 步骤二， 确定三种特征工况下的 波长、 波浪周期和波高； 步骤三， 确定风机基础的 四根立柱上所受到的重力载荷、 浮力载荷和波浪 载荷； 步骤四， 建立风机基础的梁系结构 模型； 步 骤五， 对梁系结构模型开展有限元离散， 形成一 维网格的有限元模型； 步骤六， 在每根位于下部 的撑杆上的每个网格节点上各施加一个垂直向 弹簧约束和一个横向弹簧约束； 步骤七， 在有限 元模型中施加重力载荷、 浮力载荷和波浪载荷； 步骤八， 静力学分析确定撑杆结构强度。 本发明 能显著提高计算效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图6页 CN 115525993 A 2022.12.27 CN 115525993 A 1.一种四立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法， 其特征在于， 所述计算方法 包括以下步骤： 步骤一， 特 征工况选取， 即选取三种风机基础易失效或破坏的特 征工况和对应的波形； 步骤二， 波浪参数确定， 根据三种特征工况的波形确定三种特征工况下的波长， 并根据 波浪理论公式确定三种特 征工况下的波浪周期和波高； 步骤三， 载荷确定， 即确定风机基础的四根立柱上所受到的重力载荷、 浮力载荷和波浪 载荷； 步骤四， 结构模型建立， 即在ANSYSDesign  Modeler模块中建立风机基础的梁系结构模 型； 步骤五， 模型有限元离散， 在ANSYS  Static Structural模块中对梁系结构模型开展有 限元离散， 形成一维网格的有限元模型； 步骤六， 弱弹簧边界条件施加， 在ANSYS  Static Structural模块中开展， 即在每根位 于下部的撑杆 上的每个网格节点上 各施加一个垂直向弹簧约束和一个横向弹簧约束； 步骤七， 载荷施加， 在有限元模型中施加重力载荷、 浮力载荷和波浪载荷； 步骤八， 静力学分析确定撑杆结构强度， 在ANSYS  Static Structural模块中开展静力 学分析， 得到三种 特征工况下撑杆的范式应力， 再将撑杆材料的屈 服强度与撑杆的范式应 力进行对比， 判断撑杆的结构强度是否足够。 2.根据权利要求1所述的四立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法， 其特征在 于， 进行步骤一时， 选取的第一种特征工况为横向分离力最大工况， 选取的第二种特征工况 为扭矩最大工况， 选取的第三种特 征工况为分离力 ‑扭矩组合工况。 3.根据权利要求1所述的四立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法， 其特征在 于， 进行步骤二时， 包括： A.波长确定， 即根据三种特征工况时的波形一一对应地确定三种特征工况下的波长L 与立柱的间距B之间的关系： 式(1)中， L1为第一种特征工况下的波长； L2为第二种特征工况下的波长； L3为第三种特 征工况下的波长； B为 立柱的间距； B.波浪周期确定， 根据线性波浪理论得到波浪周期T公式： 式(2)中， L 为波长； k 为波数， d为水深； C.波高确定， 根据海工行业内推荐的线性波 波高公式(3)计算波高H：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115525993 A 2式(3)中， T为波浪周期； H100为百年一遇的波高。 4.根据权利要求1所述的四立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法， 其特征在 于， 进行步骤三时， 包括： A.重力载荷确定， 按风机基础的实际重量确定总重力载荷， 等分后施加于立柱上； B.浮力载荷确定， 根据立柱的实际吃水确定浮力； C.波浪载荷确定； 采用莫 里森方程计算波浪载荷， 如下： 式(4)中， FN为波浪载荷； ρ 为海水密度； CA为附加质量系数， 立柱为圆柱形时CA＝1； CD为 拖曳系数， 立柱为圆柱形时CD＝1； A为立柱的横截面 的面积； D为立柱的直径； a为水质点的 水平运动加速度； v为水质点的水平运动速度； 根据线性波浪理论得到波浪中水质点的水平运动速度v： 根据线性波浪理论得到波浪中水质点的水平运动加速度a： 式(5)和式(6)中， H为波高； k为波数， d为水深； z为水质点的深度； x为波浪的传 播方向； ω为波浪的圆频率； t为时间。 5.根据权利要求1所述的四立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法， 其特征在 于， 进行步骤 七时， 包括： A.重力载荷施加， 重力竖直向下， 重力载荷以均布载荷的形式施加于立柱整体上； B.浮力载荷施加， 浮力竖直向上， 浮力载荷以点载荷的形式施加于立柱 的吃水部分的 形心； C.波浪载荷施加， 波浪载荷的方向由三种特征工况的波形决定， 波浪载荷以点载荷的 形式施加于立柱的吃水部分的形心。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115525993 A 3