CN113434975B - 风电塔筒结构的健康评估方法、系统 - Google Patents

风电塔筒结构的健康评估方法、系统 Download PDF

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CN113434975B CN202110703030.9A CN202110703030A CN113434975B CN 113434975 B CN113434975 B CN 113434975B CN 202110703030 A CN202110703030 A CN 202110703030A CN 113434975 B CN113434975 B CN 113434975B
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Abstract

本发明公开了一种风电塔筒结构的健康评估方法、系统，方法包括：设定结构的目标监测点与实际监测点，采集应变实测值与加速度实测值；随机构造目标载荷激励函数；在目标监测点施加目标载荷激励，计算距离目标监测点第一高度的实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变‑加速度目标函数，确定最优目标载荷函数；根据最优目标载荷函数，计算距离目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，确定等效应变偏差与相邻应变偏差；根据等效应变偏差与相邻应变偏差，判定各实际监测点应力状态；遍历所有实际监测点，对风电塔筒整体结构进行健康评估。该方法能够预测结构健康状态，实现结构的健康监测和安全评定。

Description

风电塔筒结构的健康评估方法、系统
技术领域
本发明涉及风电塔筒监测技术领域，尤其涉及风电塔筒结构的健康评估方法、系统。
背景技术
对于风电建设一般都是选择正向着海上风电和陆上风电的高山和恶劣环境发展，风电塔筒除了受到风荷载等作用外，还受波浪、潮流等自然环境因素带来的荷载冲击和腐蚀等影响。风电塔的各项力学指标，如应力应变、加速度等，对风电塔简的正常运行状态和安全性评价是很有必要的。
传统的塔筒结构监测方法为：根据塔筒结构的失效过程，对塔筒进行交变应力监测和结构损伤监测，通过建立晃动与应力之间的关系，提出了通过监测晃动来进行交变应力在线监测的方法。对于风电塔筒这一监测对象，传统结构监测在计算过程中，计算运动加速度时需要经过二次积分得到风电塔筒的晃动幅度，这会导致计算的偏差，使可靠性降低。
现有专利中有提出利用传感器获取数据来进行风电塔筒在线监测，例如202010245449X和2020102655380均是在风电塔筒设置倾角传感器，利用倾角传感器获取相关数据；202010245449X是利用倾角传感器采集塔倾角数据和风向数据，然后基于计算统计塔筒疲劳度与马氏距离原理算法来进行实现风电塔筒的螺栓的健康评估，该方法无法对螺栓状态进行物理监测，缺少与真实情况的对比分析；2020102655380是通过风机塔筒顶端唯一的倾角传感器的倾角数据和风电塔筒的自身动力特性得到风电塔筒在测量时刻的晃动状态量和原始状态量变化率，该方法对整体结构安全分析有效，但是难以确定缺陷位置和缺陷程度。
发明内容
本发明为了解决上述存在的技术问题，提出一种风电塔筒结构的健康评估方法、系统，能够准确检测风电塔筒的运行状态，并对风电塔筒进行结构完整性评价和剩余寿命预测。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种风电塔筒结构的健康评估方法，包括：
设定所述结构的目标监测点，在距离所述目标监测点不同预设监测高度位置处布置多个实际监测点，采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值；
随机构造所述目标监测点的目标载荷激励函数；
在所述目标监测点施加所述目标载荷激励，计算距离所述目标监测点第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变-加速度目标函数，确定最优目标载荷函数；
根据最优目标载荷函数，计算距离所述目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，确定等效应变偏差与相邻应变偏差；
若等效应变偏差与相邻应变偏差均超过各自预设的参考阈值范围，则判定为相应的所述实际监测点应力集中，并采用安定分析法进行健康评估；
遍历所有所述实际监测点，对风电塔筒整体结构进行健康评估。
可选的，
所述随机构造所述目标监测点的目标载荷激励的方法为：
任一取Π组输入载荷随机数(ai，bi，ci，θi)，每组包括4N个随机数，通过谐波叠加法在时域模拟所述目标监测点的目标载荷激励，构造所述目标载荷激励函数为：
Figure BDA0003130930700000031
其中，FN、FS、M分别为所述目标监测点的轴向力、水平方向力以及扭转力偶，ai、bi、ci为载荷幅值系数，θi为载荷相位，wi为脉动风频率，i＝1,.....,N。
可选的，
选定距离所述目标监测点最近的预设监测高度为所述第一高度；
根据位于所述第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值、以及应变实测值与加速度实测值,构造应变-加速度目标函数为：
min{(|εV1|-|εR1|)2+(|aV1|-|aR1|)2} (2)
其中，|εR1|、|aR1|、|εV1|、|aV1|分别为位于第一高度的所述实际监测点的应变目标值、加速度目标值、应变实测值、加速度实测值；
计算满足应变-加速度目标函数的输入载荷的最优解
Figure BDA0003130930700000032
确定最优目标载荷函数
Figure BDA0003130930700000033
可选的，
若选取的输入载荷(ai，bi，ci，θi)的数量Π大于给定的阈值时，利用支持向量机回归方法由输入载荷(ai，bi，ci，θi)预测得到位于第一高度的所述实际监测点的应变实测值|εV1|、加速度实测值|aV1|；
若位于第一高度的所述实际监测点的应变目标值|εR1|、加速度目标值|aR1|分别与应变实测值|εV1|、加速度实测值|aV1|相同，则表明识别所述目标监测点的真实激励作用；
利用遗传算法优化所述应变-加速度目标函数。
可选的，
选定至少一个不同于所述第一高度的预设监测高度为所述第二高度；
根据位于所述第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变目标值|εR2j|、应变实测值|εV2j|，计算等效应变偏差|εV2j|-|εR2j|；
根据位于第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变实测值|εV2j|与相邻第k个所述实际监测点的应变实测值|εV2k|，计算相邻应变偏差|εV2j|-|εV2k|；
遍历所有所述实际监测点，确定等效应变偏差库εDS以及相邻应变偏差库εHS。
可选的，
采用安定分析法进行健康评估的方法为：
将所述风电塔筒结构内的应力场表示为:
Figure BDA0003130930700000041
其中，σE(t)表示弹性应力场，
Figure BDA0003130930700000042
表示残余应力场，λ表示安定载荷乘子，t表示载荷角点；
采用有限元法，将补偿应力表示为：
Figure BDA0003130930700000043
其中，ξ(t)表示补偿应力乘子，
Figure BDA0003130930700000044
表示等效应力，σy表示材料屈服应力；
采用应力补偿法，根据：
Figure BDA0003130930700000051
计算残余应力场
Figure BDA0003130930700000052
其中，K表示有限元刚度矩阵，
Figure BDA0003130930700000053
表示单元位移，D表示弹性系数矩阵,B表示应变矩阵,
Figure BDA0003130930700000054
表示恒定的弹性应力场,
Figure BDA0003130930700000055
表示变化的循环弹性应力场；
由式(4)至式(6)，计算安定载荷乘子λ。
可选的，
当所述残余应力场
Figure BDA0003130930700000056
恒定时，所述变化的循环弹性应力场
Figure BDA0003130930700000057
为0，根据所有所述载荷角点t对应的所述恒定的弹性应力场
Figure BDA0003130930700000058
确定所述安定载荷乘子λ的结构弹性安定界限；
若所述安定载荷乘子λ不超过所述结构弹性安定界限，则所述风电塔筒的结构弹性安定。
可选的，
当所述残余应力场
Figure BDA0003130930700000059
随所述变化的循环弹性应力场
Figure BDA00031309307000000510
变化，根据所有所述载荷角点t对应的所述恒定的弹性应力场
Figure BDA00031309307000000511
和所述变化的循环弹性应力场
Figure BDA00031309307000000512
确定所述安定载荷乘子λ的结构交变塑性安定界限；
若所述安定载荷乘子λ超过所述结构弹性安定界限且未超过结构交变塑性安定界限，则所述风电塔筒的结构交变塑性安定。
可选的，
若所述安定载荷乘子λ超过所述结构弹性安定界限，则所述风电塔筒结构产生累积塑性变形；
根据预设的塑性破坏应变阈值，确定结构棘轮破坏界限。
本发明另一方面还提供一种风电塔筒结构的健康评估系统，采用所述的风电塔筒结构的健康评估方法，包括：
传感单元，所述传感单元包括设置于所述所述风电塔筒内部的不同预设监测高度位置处的实际监测点的应变传感器与加速度传感器，用于采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值；
数据处理单元，所述数据处理单元包括：
数据处理模块，用于随机构造所述目标监测点的目标载荷激励函数；以及
在所述目标监测点施加所述目标载荷激励，计算距离所述目标监测点第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变-加速度目标函数，确定最优目标载荷函数；以及
根据最优目标载荷函数，计算距离所述目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，计算等效应变偏差与相邻应变偏差；
安全评估模块，用于在等效应变偏差与相邻应变偏差均超过各自预设的参考阈值范围时，采用安定分析法对相应的所述实际监测点进行健康评估。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供的一种风电塔筒结构的健康评估方法、系统，可应用于风电塔筒监测技术领域，通过设定结构的目标监测点，并在距离目标监测点不同高度位置处布置多个实际监测点，采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值，利用线弹性动力有限元方法反分析确定目标监测点所受激励和塔筒结构力学性能。然后，通过对目标监测点施加载荷激励，预测各实际监测点的应变与加速度信息，与实测应变与加速度信息对比分析，进而确定各监测点健康状态；然后利用安定分析方法进行结构完整性健康评估。该方法通过对风电塔筒局部各监测点状态进行物理监测，与预测结果进行对比，能够具体确定结构各缺陷位置和缺陷程度，实现对结构局部各监测点缺陷安全性能实时监测分析与健康评估，进而实现对结构整体健康状态监测与健康评估。该方法能够准确估计动力作用和缺陷状态，从而预测结构健康状态，实现结构的健康监测和安全评定，从而准确检测风电塔筒的运行状态，为风电塔筒的安全运行提供保障。
附图说明
图1为本发明的风电塔筒结构的健康评估方法流程示意图；
图2为风电塔筒顶部激励作用结构示意图；
图3为风电塔筒应力传感器和加速度传感器的布置示意图；
图4为弹性安定、塑性安定和棘轮破坏分界的显示图；
图5为结构顶部施加的目标载荷激励；
图6为第一高度处测得的水平加速度时程；
图7为第一高度处测得的转动加速度时程；
图8为优化识别的目标载荷激励；
图9为实际监测点1的等效应变变化状态；
图10为相邻点的相邻应变变化状态(相邻实际监测点1、2和2、3)；
图11实际监测点1与4的应变变化状态；
图12为安定载荷域示意图；
图13为本发明的风电塔筒结构的健康评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
如图1所示，本发明提供了一种风电塔筒结构的健康评估方法，该方法通过获取在塔筒的不同高度设置应变传感器和加速度传感器监测的数据，对风电塔筒整体结构进行健康评估和安全评定，从而准确检测风电塔筒的运行状态，为风电塔筒的安全运行提供保障。具体包括：
S1：设定所述结构的目标监测点，本实施例中选定塔筒顶部作为目标监测点，如图2中所示。然后，在距离所述目标监测点不同预设监测高度位置处布置多个实际监测点，采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值。如图3中所示，本实施例中具体在塔筒内部不同预设监测高度位置处环形布置多个实际监测点，各实际监测点布置有应变传感器和加速度传感器，以采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值。
S2：随机构造所述目标监测点的目标载荷激励函数。
在具体实现中，采用谐波叠加法构造随机载荷激励。随机正弦波或其他谐波叠加法是采用以离散谱逼近目标随机过程的模型，是一种离散化模拟结构的方法，随机风电载荷信号，可以通过离散傅里叶变换分解为一系列具有不同频率与幅值的正弦波。本实施例中任一取Π组输入载荷随机数(ai，bi，ci，θi)，每组包括4N个随机数，通过谐波叠加法在时域模拟所述目标监测点的目标载荷激励，构造所述目标载荷激励函数为：
Figure BDA0003130930700000091
其中，FN、FS、M分别为所述目标监测点的轴向力、水平方向力以及扭转力偶，ai、bi、ci为载荷幅值系数，θi为载荷相位；wi为脉动风频率，根据当地风的频谱分析得到；i＝1,.....,N。
S3：在所述目标监测点施加所述目标载荷激励，计算距离所述目标监测点第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变-加速度目标函数，确定最优目标载荷函数。
在具体实现中，如图3中所示，选定距离所述目标监测点最近的预设监测高度h1为所述第一高度；
根据位于所述第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值、以及应变实测值与加速度实测值,构造应变-加速度目标函数为：
min{(|εV1|-|εR1|)2+(|aV1|-|aR1|)2} (2)
其中，|εR1|、|aR1|、|εV1|、|aV1|分别为位于第一高度的所述实际监测点的应变目标值、加速度目标值、应变实测值、加速度实测值；
本实施例中若选取的输入载荷(ai，bi，ci，θi)的数量Π大于给定的阈值时，例如Π＞100时，利用支持向量机回归方法由输入载荷(ai，bi，ci，θi)预测得到位于第一高度的所述实际监测点的应变实测值|εV1|、加速度实测值|aV1|。同时，可以由应变实测值|εV1|、加速度实测值|aV1|反分析得到输入载荷(ai，bi，ci，θi)。
若位于第一高度的所述实际监测点的应变目标值|εR1|、加速度目标值|aR1|分别与应变实测值|εV1|、加速度实测值|aV1|相同，则表明识别所述目标监测点的真实激励作用，然后利用遗传算法优化所述应变-加速度目标函数，计算满足应变-加速度目标函数的输入载荷的最优解
Figure BDA0003130930700000101
确定最优目标载荷函数
Figure BDA0003130930700000102
遗传算法为常用优化算法，本实施例中对此并不作详细展开。
S4：根据最优目标载荷函数，计算距离所述目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，确定等效应变偏差与相邻应变偏差。
在具体实现中，选定至少一个不同于所述第一高度的预设监测高度为所述第二高度，如图3中所示，本实施例中选定距离所述目标监测点的预设监测高度h2为所述第二高度。然后根据位于所述第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变目标值|εR2j|、应变实测值|εV2j|，计算等效应变偏差|εV2j|-|εR2j|；根据位于第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变实测值|εV2j|与相邻第k个所述实际监测点的应变实测值|εV2k|，计算相邻应变偏差|εV2j|-|εV2k|。遍历所有预设监测高度布置的所有所述实际监测点，确定等效应变偏差库εDS以及相邻应变偏差库εHS，作为结构各监测点正常运行状态的参考数据。
S5：在具体实现中，若等效应变偏差与相邻应变偏差均超过各自预设的参考阈值范围，则表明该市级监测点产生缺陷或松动，发生应力集中，需要进行结构健康和缺陷状态评估。本实施例中具体采用安定分析法进行健康评估，具体为：
将所述风电塔筒结构内的应力场表示为:
Figure BDA0003130930700000111
其中，σE(t)表示弹性应力场，
Figure BDA0003130930700000112
表示残余应力场，λ表示安定载荷乘子，t表示载荷角点；
采用有限元法，将补偿应力表示为：
Figure BDA0003130930700000113
其中，ξ(t)表示补偿应力乘子，
Figure BDA0003130930700000114
表示等效应力，σy表示材料屈服应力；
采用应力补偿法，根据：
Figure BDA0003130930700000115
Figure BDA0003130930700000116
计算残余应力场
Figure BDA0003130930700000117
其中，K表示有限元刚度矩阵，
Figure BDA0003130930700000118
表示单元位移，D表示弹性系数矩阵,B表示应变矩阵,
Figure BDA0003130930700000119
表示恒定的弹性应力场,
Figure BDA00031309307000001110
表示变化的循环弹性应力场；
由式(4)至式(6)，计算安定载荷乘子λ。
图4中示出了结构的安定载荷域，包括弹性安定界限、交变塑性安定界限以及棘轮破坏界限，如图4中所示：
当所述残余应力场
Figure BDA00031309307000001111
恒定时，所述变化的循环弹性应力场
Figure BDA00031309307000001112
为0，根据所有所述载荷角点t对应的所述恒定的弹性应力场
Figure BDA00031309307000001113
确定所述安定载荷乘子λ的结构弹性安定界限。若所述安定载荷乘子λ不超过所述结构弹性安定界限，则所述风电塔筒的结构弹性安定。
当所述残余应力场
Figure BDA0003130930700000121
随所述变化的循环弹性应力场
Figure BDA0003130930700000122
变化，根据所有所述载荷角点t对应的所述恒定的弹性应力场
Figure BDA0003130930700000123
和所述变化的循环弹性应力场
Figure BDA0003130930700000124
确定所述安定载荷乘子λ的结构交变塑性安定界限。若所述安定载荷乘子λ超过所述结构弹性安定界限且未超过结构交变塑性安定界限，则所述风电塔筒的结构交变塑性安定。
若所述安定载荷乘子λ超过所述结构弹性安定界限，则所述风电塔筒结构产生累积塑性变形。根据预设的塑性破坏应变阈值，确定结构棘轮破坏界限。
S6：遍历所有所述实际监测点，对风电塔筒整体结构进行健康评估。
下面以一具体应用实施例验证上述风电塔筒结构的健康评估方法，具体为：
选定试验风电塔筒高3m，采用圆钢管，截面尺寸为50mm×1.2mm。塔重4.3kg。考虑到与实际塔筒一阶自振频率的相似，在塔顶添加一个5kg的配重块。钢材屈服应力235MPa，得到极限水平力F0＝225N，极限扭转力偶M0＝448Nm。
①根据试验实际情况，在塔筒顶部按照试验要求输入幅值不同的载荷激励如图5。在距离塔顶h1＝0.5m处测得水平和转动加速度，如图6、图7所示，如6示出了水平加速度时程，图7示出了垂直加速度时程。
②然后，利用谐波叠加法和遗传优化算法识别得到水平方向力以及扭转力偶激励，如图8，识别结果表明幅值相差不大，表明识别顶部目标监测点的真实激励作用。
③输入载荷激励，利用有限元模拟得到弹性应力场。图9为临近松动部位实测1点的等效应变变化，发现螺栓松动后，应变明显突变，应力集中。逐渐增大载荷幅值F,M，得到弹性安定破坏载荷F/F0＝0.41，M/M0＝0.41。同时监测得到底部环向相邻1、2和2、3点等效应变差值幅值变化如图10所示，图10为相邻监测点1、2和2、3点等效应变差值幅值变化。然后，分别通过有限元计算和实际监测得到1和4点的等效应变差值幅值变化如图11所示。最后利用安定分析算法确定安定载荷域，并与试验进行对比，如图12，其中CP表示极限破坏载荷，PS表示塑性安定载荷，ES表示弹性安定载荷，DEFECT表示缺陷或松动结构。
试验表明，上述方法通过对风电塔筒局部各监测点状态进行物理监测，与预测结果进行对比，能够具体确定结构各缺陷位置和缺陷程度，实现对结构局部各监测点缺陷安全性能实时监测分析与健康评估，从而预测结构健康状态，实现结构的健康监测和安全评定。
本发明另一方面还提供一种风电塔筒结构的健康评估系统，采用所述的风电塔筒结构的健康评估方法。如图13所示，该风电塔筒结构的健康评估系统10具体包括：
传感单元11，所述传感单元包括设置于所述所述风电塔筒内部的不同预设监测高度位置处的实际监测点的应变传感器与加速度传感器，用于采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值；
数据处理单元12，所述数据处理单元包括：
数据处理模块121，用于随机构造所述目标监测点的目标载荷激励函数；以及
在所述目标监测点施加所述目标载荷激励，计算距离所述目标监测点第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变-加速度目标函数，确定最优目标载荷函数；以及
根据最优目标载荷函数，计算距离所述目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，计算等效应变偏差与相邻应变偏差；
安全评估模块122，用于在等效应变偏差与相邻应变偏差均超过各自预设的参考阈值范围时，采用安定分析法对相应的所述实际监测点进行健康评估。
综上，本发明提供的风电塔筒结构的健康评估方法、系统，可应用于风电塔筒监测技术领域，通过设定结构的目标监测点，并在距离目标监测点不同高度位置处布置多个实际监测点，采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值，利用线弹性动力有限元方法反分析确定目标监测点所受激励和塔筒结构力学性能。然后，通过对目标监测点施加载荷激励，预测各实际监测点的应变与加速度信息，与实测应变与加速度信息对比分析，进而确定各监测点健康状态；然后利用安定分析方法进行结构完整性健康评估。该方法通过对风电塔筒局部各监测点状态进行物理监测，与预测结果进行对比，能够具体确定结构各缺陷位置和缺陷程度，实现对结构局部各监测点缺陷安全性能实时监测分析与健康评估，进而实现对结构整体健康状态监测与健康评估。该方法能够准确估计动力作用和缺陷状态，从而预测结构健康状态，实现结构的健康监测和安全评定，从而准确检测风电塔筒的运行状态，为风电塔筒的安全运行提供保障。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风电塔筒结构的健康评估方法，其特征在于，包括：
设定所述结构的目标监测点，在距离所述目标监测点不同预设监测高度位置处布置多个实际监测点，采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值；
随机构造所述目标监测点的目标载荷激励函数，包括：
任一取
Figure 459942DEST_PATH_IMAGE001
组输入载荷随机数
Figure 908241DEST_PATH_IMAGE002
，每组包括4N个随机数，通过谐波叠 加法在时域模拟所述目标监测点的目标载荷激励，构造所述目标载荷激励函数为：
Figure 219137DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 879925DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 225456DEST_PATH_IMAGE005
、M分别为所述目标监测点的轴向力、水平方向力以及扭转力偶，
Figure 562765DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 95378DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 559857DEST_PATH_IMAGE008
为载荷幅值系数，
Figure 759894DEST_PATH_IMAGE009
为载荷相位，
Figure 18837DEST_PATH_IMAGE010
为脉动风频率，
Figure 304325DEST_PATH_IMAGE011
；
在所述目标监测点施加所述目标载荷激励，计算距离所述目标监测点第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变-加速度目标函数，确定最优目标载荷激励函数，包括：
选定距离所述目标监测点最近的预设监测高度为所述第一高度；
根据位于所述第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值、以及应变实测值与加速度实测值,构造应变-加速度目标函数为：
Figure 57648DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 846613DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 807616DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 314820DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 121102DEST_PATH_IMAGE016
分别为位于第一高度的所述实际监测点的应变目 标值、加速度目标值、应变实测值、加速度实测值；
计算满足应变-加速度目标函数的输入载荷的最优解
Figure 30152DEST_PATH_IMAGE017
，确定最优 目标载荷激励函数
Figure 148675DEST_PATH_IMAGE018
；
根据最优目标载荷激励函数，计算距离所述目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，确定等效应变偏差与相邻应变偏差，包括：
选定至少一个不同于所述第一高度的预设监测高度为所述第二高度；
根据位于所述第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变目标值
Figure 143175DEST_PATH_IMAGE019
、应变实测值
Figure 753148DEST_PATH_IMAGE020
，计算等效应变偏差
Figure 516705DEST_PATH_IMAGE021
；
根据位于第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变实测值
Figure 553931DEST_PATH_IMAGE022
与相邻第k个所述 实际监测点的应变实测值
Figure 770149DEST_PATH_IMAGE023
，计算相邻应变偏差
Figure 668966DEST_PATH_IMAGE024
；
遍历所有所述实际监测点，确定等效应变偏差库
Figure 287029DEST_PATH_IMAGE025
以及相邻应变偏差库
Figure 760736DEST_PATH_IMAGE026
；
若等效应变偏差与相邻应变偏差均超过各自预设的参考阈值范围，则判定为相应的所述实际监测点应力集中，并采用安定分析法进行健康评估；
遍历所有所述实际监测点，对风电塔筒整体结构进行健康评估。
2.根据权利要求1所述的风电塔筒结构的健康评估方法，其特征在于，
若选取的输入载荷
Figure 464249DEST_PATH_IMAGE027
的数量
Figure 416025DEST_PATH_IMAGE001
大于给定的阈值时，利用支持向 量机回归方法由输入载荷
Figure 669021DEST_PATH_IMAGE027
预测得到位于第一高度的所述实际监测 点的应变实测值
Figure 48049DEST_PATH_IMAGE028
、加速度实测值
Figure 238859DEST_PATH_IMAGE029
；
若位于第一高度的所述实际监测点的应变目标值
Figure 994326DEST_PATH_IMAGE013
、加速度目标值
Figure 321402DEST_PATH_IMAGE014
分别与应 变实测值
Figure 136911DEST_PATH_IMAGE015
、加速度实测值
Figure 565749DEST_PATH_IMAGE016
相同，则表明识别所述目标监测点的真实激励作用；
利用遗传算法优化所述应变-加速度目标函数。
3.根据权利要求1或2所述的风电塔筒结构的健康评估方法，其特征在于，采用安定分析法进行健康评估的方法为：
将所述风电塔筒结构内的应力场表示为:
Figure 859328DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 572069DEST_PATH_IMAGE031
表示弹性应力场，
Figure 27321DEST_PATH_IMAGE032
表示残余应力场，
Figure 192723DEST_PATH_IMAGE033
表示安定载荷乘子，
Figure 289992DEST_PATH_IMAGE034
表 示载荷角点；
采用有限元法，将补偿应力表示为：
Figure 386735DEST_PATH_IMAGE035
其中，
Figure 12888DEST_PATH_IMAGE036
表示补偿应力乘子，
Figure 931166DEST_PATH_IMAGE037
表示等效应力，
Figure 566546DEST_PATH_IMAGE038
表示材料屈服应力；
采用应力补偿法，根据：
Figure 722721DEST_PATH_IMAGE040
计算残余应力场
Figure 785355DEST_PATH_IMAGE041
；
其中，K表示有限元刚度矩阵，
Figure 676082DEST_PATH_IMAGE042
表示单元位移，D表示弹性系数矩阵，B表示应变矩 阵，
Figure 115153DEST_PATH_IMAGE043
表示恒定的弹性应力场，
Figure 391414DEST_PATH_IMAGE044
表示变化的循环弹性应力场；
依据所述残余应力场，得到安定载荷乘子
Figure 624949DEST_PATH_IMAGE033
。
4.根据权利要求3所述的风电塔筒结构的健康评估方法，其特征在于，
当所述残余应力场
Figure 986660DEST_PATH_IMAGE041
恒定时，所述变化的循环弹性应力场
Figure 229423DEST_PATH_IMAGE044
为0，根据所有 所述载荷角点t对应的所述恒定的弹性应力场
Figure 609457DEST_PATH_IMAGE043
确定所述安定载荷乘子
Figure 13894DEST_PATH_IMAGE033
的结构弹 性安定界限；
若所述安定载荷乘子
Figure 862901DEST_PATH_IMAGE033
不超过所述结构弹性安定界限，则所述风电塔筒的结构弹性安 定。
5.根据权利要求4所述的风电塔筒结构的健康评估方法，其特征在于，
当所述残余应力场
Figure 378196DEST_PATH_IMAGE041
随所述变化的循环弹性应力场
Figure 894628DEST_PATH_IMAGE044
变化，根据所有所述 载荷角点t对应的所述恒定的弹性应力场
Figure 469966DEST_PATH_IMAGE043
和所述变化的循环弹性应力场
Figure 806269DEST_PATH_IMAGE044
，确 定所述安定载荷乘子
Figure 875988DEST_PATH_IMAGE033
的结构交变塑性安定界限；
若所述安定载荷乘子
Figure 246926DEST_PATH_IMAGE033
超过所述结构弹性安定界限且未超过结构交变塑性安定界限， 则所述风电塔筒的结构交变塑性安定。
6.根据权利要求5所述的风电塔筒结构的健康评估方法，其特征在于，
若所述安定载荷乘子
Figure 55482DEST_PATH_IMAGE033
超过所述结构弹性安定界限，则所述风电塔筒结构产生累积塑 性变形；
根据预设的塑性破坏应变阈值，确定结构棘轮破坏界限。
7.一种风电塔筒结构的健康评估系统，其特征在于，采用权利要求1-6中任一项所述的风电塔筒结构的健康评估方法，包括：
传感单元，所述传感单元包括设置于所述所述风电塔筒内部的不同预设监测高度位置处的实际监测点的应变传感器与加速度传感器，用于采集各实际监测点处的应变实测值与加速度实测值；
数据处理单元，所述数据处理单元包括：
数据处理模块，用于随机构造所述目标监测点的目标载荷激励函数，包括：
任一取
Figure 865700DEST_PATH_IMAGE001
组输入载荷随机数
Figure 988377DEST_PATH_IMAGE002
，每组包括4N个随机数，通过谐波叠加 法在时域模拟所述目标监测点的目标载荷激励，构造所述目标载荷激励函数为：
Figure 213822DEST_PATH_IMAGE003
其中，
Figure 130962DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 441858DEST_PATH_IMAGE005
、M分别为所述目标监测点的轴向力、水平方向力以及扭转力偶，
Figure 102646DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 917018DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 286951DEST_PATH_IMAGE008
为载荷幅值系数，
Figure 819563DEST_PATH_IMAGE009
为载荷相位，
Figure 284043DEST_PATH_IMAGE010
为脉动风频率，
Figure 952922DEST_PATH_IMAGE011
；
所述数据处理模块还用于：在所述目标监测点施加所述目标载荷激励，计算距离所述目标监测点第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，构造应变-加速度目标函数，确定最优目标载荷激励函数，包括：
选定距离所述目标监测点最近的预设监测高度为所述第一高度；
根据位于所述第一高度的所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值、以及应变实测值与加速度实测值,构造应变-加速度目标函数为：
Figure 743023DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure 762932DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 14790DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 69334DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 764758DEST_PATH_IMAGE016
分别为位于第一高度的所述实际监测点的应变目 标值、加速度目标值、应变实测值、加速度实测值；
计算满足应变-加速度目标函数的输入载荷的最优解
Figure 6383DEST_PATH_IMAGE017
，确定最优 目标载荷激励函数
Figure 812665DEST_PATH_IMAGE018
；
所述数据处理模块还用于：
根据最优目标载荷激励函数，计算距离所述目标监测点第二高度的各所述实际监测点的应变目标值与加速度目标值，计算等效应变偏差与相邻应变偏差，包括：
选定至少一个不同于所述第一高度的预设监测高度为所述第二高度；
根据位于所述第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变目标值
Figure 721715DEST_PATH_IMAGE019
、应变实测值
Figure 338772DEST_PATH_IMAGE020
，计算等效应变偏差
Figure 598852DEST_PATH_IMAGE021
；
根据位于第二高度的任一第j个所述实际监测点的应变实测值
Figure 943246DEST_PATH_IMAGE022
与相邻第k个所述 实际监测点的应变实测值
Figure 706803DEST_PATH_IMAGE023
，计算相邻应变偏差
Figure 478450DEST_PATH_IMAGE024
；
遍历所有所述实际监测点，确定等效应变偏差库
Figure 225826DEST_PATH_IMAGE025
以及相邻应变偏差库
Figure 626108DEST_PATH_IMAGE026
；
安全评估模块，用于在等效应变偏差与相邻应变偏差均超过各自预设的参考阈值范围时，采用安定分析法对相应的所述实际监测点进行健康评估。
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