海上风电数字孪生试桩试验系统及建立方法与流程

文档序号:26407966发布日期:2021-08-24 16:23阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:它包括加载机构(2)、数据采集机构(3)、计算分析平台(4)和数字孪生模型(5);所述数据采集机构(3)与加载机构(2)连接,计算分析平台(4)与加载机构(2)的千斤顶(23)和数据采集机构(3)电性连接构成现场试桩试验系统;数字孪生模型(5)是基于现场试桩试验系统构建的数值仿真模型,基于现场试桩试验数据进行数值仿真模型参数的实时更新,数字孪生模型(5)在计算分析平台(4)上建立和运行。

2.根据权利要求1所述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:所述加载机构(2)包括支撑架(21)、反力架(22)和千斤顶(23);反力架(22)位于支撑架(21)的上端与其连接,千斤顶(23)位于反力架(22)一侧和顶部。

3.根据权利要求2述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:所述反力架(22)顶部的千斤顶(23)与桩体(1)垂直抵触,反力架(22)一侧的千斤顶(23)与桩体(1)侧向抵触。

4.根据权利要求1所述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:所述数据采集机构(3)包括荷载采集装置(31)、位移采集装置(32)、桩身应变采集装置(33)、桩身变形采集装置(34)和土压力采集装置(35);荷载采集装置(31)与千斤顶(23)连接;位移采集装置(32)与支撑架(21)连接与桩体(1)抵触;桩身应变采集装置(33)和桩身变形采集装置(34)分布于桩体(1)周围;土压力采集装置(35)靠近桩体(1)一侧。

5.根据权利要求1所述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特;征是:所述计算分析平台(4)控制千斤顶(23)的运行,将试桩试验数据实时传输至计算分析平台(4)。

6.根据权利要求1所述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:所述计算分析平台(4)实时处理试桩数据,并将处理后的试桩数据实时传递给数字孪生模型(5),数字孪生模型(5)基于试桩数据同步开展数值计算。

7.根据权利要求1所述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:所述数字孪生模型(5)为有限元模型、有限差分模型、离散元模型中的一个或多种耦合得到的高精度数值仿真模型。

8.根据权利要求1所述的海上风电数字孪生试桩试验系统,其特征是:对现场试桩试验数据和数值仿真模型计算数据进行差异性分析时,桩身变形、桩身弯矩、桩侧土压力试验值与计算值的误差值计算采用多项加权的方式;其中,ε为数字孪生模型的累计误差,n为对比数据的种类,ti为桩身变形、桩身弯矩、桩侧土压力的试桩试验值,si为桩身变形、桩身弯矩、桩侧土压力对应的数字孪生模型计算值,ki为分项系数。

9.根据权利要求1~8任一项所述的海上风电数字孪生试桩试验系统的建立方法,其特征是,它包如下步骤:

s1:基于现场试桩试验系统、试桩点水文地质环境、土层分布和土体物理力学参数构建数值仿真模型;

s2:根据预估的极限承载力,按照分级加卸载的方式开展现场试桩试验,数据采集机构(3)采集加载点荷载和位移、桩身应变、桩身变形、桩侧土压力,并实时传输至计算分析平台(4),计算分析平台(4)对试桩数据进行实时分析处理;

s3:数值仿真模型根据每个加卸载工况现场试桩试验的试桩数据,同步开展数值计算,获取数值仿真模型相应的计算数据;

s4:对现场试桩试验数据和数值仿真模型计算数据进行差异性分析,若误差值超过自定义误差上限,更新数值仿真模型的土体物理力学参数或土体本构模型,重复步骤s3直至误差值低于自定义误差上限,完成数值仿真模型的更新,即完成基于现场试桩试验系统的数字孪生模型(5)的构建。

s5:基于数字孪生模型(5),开展多向或/和多时程或/和多循环荷载工况下的试桩试验,获取桩身变形、桩身弯矩、桩身振动频率和振型、桩侧土压力计算数据,高精度预测现场试桩试验中桩身变形、桩身弯矩、桩侧土压力,精准获取桩土相互作用曲线,将精准的桩土相互作用曲线用于海上风电基础结构设计。

10.根据权利要求9所述的海上风电数字孪生试桩试验系统建立方法,其特征在于:还包括s6,基于数字孪生模型(5),建立海上风电超大直径单桩基础原型试桩试验的数字孪生模型。


技术总结
一种海上风电数字孪生试桩试验系统及建立方法,它包括加载机构、数据采集机构、计算分析平台和数字孪生模型,数据采集机构与加载机构连接,计算分析平台与加载机构的千斤顶和数据采集机构连接构成现场试桩试验系统,数字孪生模型是基于现场试桩试验系统构建的数值仿真模型,采用现场试桩试验数据进行模型参数的实时更新,数字孪生模型在计算分析平台上建立和运行。有助于海上风电桩基础结构的高精度设计,为理解复杂荷载工况下大直径或超大直径桩体的受力变形机制提供方法,同时基于数字孪生模型的数值仿真,实现桩周土体的应力可视化和桩身受力变形的实时分析,有助于评估、校核和修正现有海上风电桩基础设计方法。

技术研发人员:王卫;张泽超;于光明;林琳;张炜
受保护的技术使用者:中国长江三峡集团有限公司
技术研发日:2021.06.01
技术公布日:2021.08.24
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