【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构工程领域，尤其涉及到一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法。
技术介绍
1、近年来，风力发电行业得到了显著的发展。而作为风力发电机的重要组成部分，风机基础对风机的安全性和稳定性起着至关重要的作用。由于在长期运行中需要承受风荷载的长期反复作用，风机基础内部会发生疲劳损伤并不断累积，严重的还会发生疲劳破坏。因此，为指导工程实践，并实现准确高效地分析陆上风机基础在疲劳荷载作用下的疲劳损伤及其演化情况，很有必要发展一套高效稳健的风机基础疲劳全过程分析方法。
2、陆上风力发电机基础结构本质上是一种混凝土结构，要实现其疲劳精细化分析，使结果更接近真实的工程情况，需要引入合理的风致疲劳荷载谱模型，准确地用数学的语言对随机外激励加以描述。为此，已有专利(专利号：202211631670.4)提出了一种基于数据驱动的风机基础疲劳荷载谱建模方法。该方法通过随机谐和函数表达理论不仅建立风机基础疲劳荷载谱的数学模型，更实现了疲劳荷载的精确模拟，从而能够为疲劳全过程分析提供外荷载来源。
3、事实上，获得精确的疲劳荷载谱只是疲劳分析工作中的一部分。要判明结构的真实疲劳损伤状态和分布，正确预测结构的疲劳破坏模式，还必须要有科学的混凝土疲劳损伤本构模型作为理论基础。此外，对于中、高周疲劳问题，其破坏时往往对应着百万次到数十亿次不等的加载次数，这类分析需要耗费庞大的计算资源。一般的，对于一个加载量级在数百万次以上的结构算例，分析耗时通常是数月。这也导致分析结果无法用于指导工程实际。因此，对于结构疲劳的精细化全过程分析，在
4、目前，在风机基础疲劳分析领域，针对如何解决上述提及的混凝土疲劳损伤本构模型选取及疲劳计算耗时长的问题，工程界尚缺乏完备的理论指导。此外，如何根据准确的疲劳荷载谱开展后续的风机基础疲劳分析及疲劳寿命预测工作，也需要一套系统的方法框架提供参考。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，该方法填补了结构工程领域风机基础疲劳损伤全过程分析方法的空缺，大幅度减少计算耗时，且具有较高的精确性与适用性，该方法不仅能够判明陆上风机基础的损伤发展情况和破坏模式，更能实现结构疲劳寿命的预测，为结构的维修加固等工程实际问题提供参考依据。
2、本专利技术为了实现上述目的，所采用的技术方案为：提供了一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于包括以下步骤：
3、1)根据风机基础的疲劳荷载谱模型生成随机疲劳荷载；
4、2)根据rmp方法计算步骤1)中随机疲劳荷载对应的等效恒幅荷载，将该等效恒幅荷载施加于风机基础的abaqus有限元仿真模型；
5、3)在abaqus有限元仿真模型中，采用双标量弹塑性损伤本构模型与基于竞争机制的损伤演化法则相结合的本构关系来描述风机基础混凝土的疲劳力学行为，将该本构关系以用户自定义材料子程序umat的形式写入abaqus中，同时疲劳损伤以自定义状态变量sdv的形式写入umat；
6、4)根据风机基础结构的设计信息及边界条件完善abaqus有限元仿真模型并生成模型信息文件；
7、5)在matlab上根据umat记录的本构关系对模型信息文件进行六个加载循环的计算求解，并获得结果文件，结果文件中包括sdv数据；
8、6)在matlab上读取步骤5)中的sdv数据，分别计算模型每个单元积分点的导数信息，而后根据外推策略计算外推终点处的sdv数据，得到外推结果；
9、7)将外推结果更新到umat中，并重新回到步骤5)中进行下一次跳跃外推，直至达到结构失效准则，循环跳跃计算终止，得到疲劳损伤分析的结果。
10、作为本专利技术的进一步改进，步骤1)中，生成的随机疲劳荷载是指作用在锚栓笼上锚板平面x方向和y方向的风机基础转角的随机疲劳荷载。
11、作为本专利技术的进一步改进，步骤2)中，rmp方法的具体表达式为：
12、式中，n＝∑ni，而ni为第i级疲劳荷载的循环次数；δpi为第i级非等幅疲劳荷载的幅值；δpeq为等效恒幅疲劳荷载的幅值；m为材料疲劳裂纹扩展行为的基本参数，当用于混凝土时，其值可取3。
13、作为本专利技术的进一步改进，步骤3)中，本构关系定义为
14、
15、式中，σ、ε、εp、εe分别为cauchy应力张量、总应变张量、塑性应变张量和弹性应变张量；i为单位张量；d为损伤张量；e0为初始刚度张量；d±分别为表征材料在受拉和受压状态下疲劳损伤程度的损伤标量；θ1＝κ·n，为与疲劳损伤演化速率相关的材料参数；θ2为与疲劳寿命相关的材料参数；κ、n为与疲劳损伤演化速率相关的材料参数；w±为与疲劳过程中自由能耗散相关的材料常数，通常可取为0.5～1.0倍的混凝土抗压强度fc或抗拉强度ft；和均为材料塑性变形参数；y±分别为受拉和受压损伤能释放率，其具体表达式为：
16、
17、其中，b0为材料属性相关的模型系数；α为材料的受压损伤系数，通常可取为0.1212；为有效应力张量的第一不变量；为有效应力偏张量的第二不变量。
18、作为本专利技术的进一步改进，步骤5)中，在matlab上通过系统命令的方式调用abaqus求解器进行计算求解。
19、作为本专利技术的进一步改进，步骤6)中，外推策略包括外推加速策略和跳跃步长选取策略，其中，
20、外推加速策略为：在每次外推的起始点进行六个加载周期的局部精细计算，记外推起始点t时刻的损伤变量为dt，可以得到该点的损伤变量演化的一阶导数及二阶导数根据损伤变量在该点的二阶泰勒展开式，当给定外推步长δt时，可以推测出外推终点时刻t+δt的损伤变量dt+δt，当以每次外推的终点作为下一次外推的起始点，不断循环往复上述过程进行数值外推，外推加速策略的公式为
21、
22、跳跃步长选取策略为：
23、其中δt为外推步长，n为加速外推循环次数，t为循环荷载的疲劳加载周期。
24、作为本专利技术的进一步改进，步骤6)中，在matlab上调用abaqus运行后处理的python脚本将步骤5)中的sdv数据提取到文本文件中再进行读取，且得到的外推结果存储到新的文本文件中。
25、作为本专利技术的进一步改进，步骤7)中，通过sdvini子程序读取外推结果并更新到umat子程序的初始状态变量中，当达到结构失效准则时，跳出matlab与abaqus的交互迭代。
26、作为本专利技术的进一步改进，步骤7)中，将损伤集中带发生的损伤阈值定义为风机基础的结构失效准则。
27、本专利技术的有益效果为：该方法采用双标量弹塑性损伤本构模型与基于竞争机制的损伤演化法则相结合的本构关系来描述风机基础混凝土的疲劳力学行为，具有高精确性与高适用性的特点。此外，针对疲劳计算耗时长和计算量大本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤1)中，生成的随机疲劳荷载是指作用在锚栓笼上锚板平面X方向和Y方向的风机基础转角的随机疲劳荷载。
3.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤2)中，RMP方法的具体表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤3)中，本构关系定义为
5.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤5)中，在MATLAB上通过系统命令的方式调用ABAQUS求解器进行计算求解。
6.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤6)中，外推策略包括外推加速策略和跳跃步长选取策略，其中，
7.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤6)中，在MATLAB上调用ABAQUS运行后处理的PYTHON脚本将步骤
8.根据权利要求7所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤7)中，通过SDVINI子程序读取外推结果并更新到UMAT子程序的初始状态变量中，当达到结构失效准则时，跳出MATLAB与ABAQUS的交互迭代。
9.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤7)中，将损伤集中带发生的损伤阈值定义为风机基础的结构失效准则。
...【技术特征摘要】
1.一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤1)中，生成的随机疲劳荷载是指作用在锚栓笼上锚板平面x方向和y方向的风机基础转角的随机疲劳荷载。
3.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤2)中，rmp方法的具体表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤3)中，本构关系定义为
5.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全过程分析方法，其特征在于：步骤5)中，在matlab上通过系统命令的方式调用abaqus求解器进行计算求解。
6.根据权利要求1所述的一种陆上风机基础疲劳损伤全...
【专利技术属性】
技术研发人员：张元海，颜鸿民，高若凡，李锴，王利智，彭毅，黄丽琴，林旭亮，麦哲煌，
申请(专利权)人：乳源瑶族自治县粤水电能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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