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;
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。