CN117094066B - 用于确定风电机组中塔架承载力的方法、装置及存储介质 - Google Patents

用于确定风电机组中塔架承载力的方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN117094066B CN202311365146.1A CN202311365146A CN117094066B CN 117094066 B CN117094066 B CN 117094066B CN 202311365146 A CN202311365146 A CN 202311365146A CN 117094066 B CN117094066 B CN 117094066B
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Abstract

本申请涉及风力发电技术领域，公开了一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法、装置及存储介质，用于确定风电机组中塔架承载力的方法包括：对塔架的设计方案建立有限元模型；搭建加载荷载模拟环境；对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值；根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力。这样，能更加准确地计算出钢管混凝土结构极限的承载力。

Description

用于确定风电机组中塔架承载力的方法、装置及存储介质
技术领域
本申请涉及风力发电领域，尤其涉及一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，传统风电机组一般通过钢制筒形的塔筒结构进行支撑。但是随着荷载的不断增加，钢制筒形的塔筒结构已经无法满足机组大型化、远海化等需求。其中，钢-混凝土组合结构是一种新型组合结构，指的是在钢管中填充混凝土形成的结构构件，通过钢管及其核心混凝土共同承受外荷载。
该新型组合结构能充分利用钢和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，能提供更大的抗弯承载力。比如在钢管侧，钢管能对混凝土起到约束的作用，使得混凝土的强度得以提高；在混凝土侧，混凝土的填充能延缓钢管发生局部屈曲。
然而，由于是在风电使用该新型组合结构，需要综合考虑建造、吊装等多方面因素，并不能通过传统的依据规范公式来计算钢管混凝土结构极限的承载力。
发明内容
本申请提供了一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法、装置及存储介质，能更加准确地计算钢管混凝土结构极限的承载力。
第一方面，本申请提供了一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法，包括：
对塔架的设计方案建立有限元模型；
搭建加载荷载模拟环境；
对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值；
根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力。
在一些实施例中，塔架包括内钢管、外钢管和设置于二者之间的混凝土，其中内钢管和外钢管分别通过栓钉与混凝土连接；搭建加载荷载模拟环境，包括：
根据塔架的材料组成选用相对应的模型环境；
根据塔架的结构组成构建相对应的单元类型；
根据塔架的结构连接组成对其进行简化。
在一些实施例中，根据塔架的材料组成选用相对应的模型环境，包括：
内钢管和外钢管的材料模型采用塑性模型，以模拟内钢管和外钢管的受压情况；
混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型，以模拟混凝土的受压情况和受拉情况。
在一些实施例中，在内钢管和外钢管的材料模型采用塑性模型的情况下，其应力与应变关系采用二次塑流段关系，以模拟内钢管和外钢管的受压应力情况。
在一些实施例中，在混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，其应力与应变关系采用圆形截面受约束混凝土的应力与应变关系，以模拟混凝土的受压应力情况；其中，圆形截面受约束混凝土的应力与应变关系的具体表达式为：
；
其中，=/>
=/>+800/> 0.210-6/>
=/>10-6/>
=/>0.5≥0.12；
=/>
其中，为外钢管的横截面积，/>为外钢管钢材的屈服强度，/>为混凝土横截面积，/>为混凝土轴心抗压强度标准值。
在一些实施例中，在混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，通过定义破坏能量准则来判断应力与断裂能关系，以模拟混凝土的受拉情况；断裂能按以下公式计算：
Gf=a（0.1）0.710-3/>
其中，a=1.25d max+10，d max为最大骨粒粒径。
混凝土的峰值拉应力按以下公式计算：
=0.375/>
其中，为混凝土立方体抗压强度。
在一些实施例中，在混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，其模型参数包括膨胀角、偏心参数、抗压强度的比值、比值K和粘性系数中的多个参数。
在一些实施例中，根据塔架的结构组成构建相对应的单元类型，包括：
内钢管和外钢管分别采用四节点缩减积分构建各自的壳单元；
混凝土采用八节点减缩积分构建实体单元；
栓钉采用梁单元。
在一些实施例中，对内钢管和外钢管、混凝土和栓钉进行网格敏感性分析。
在一些实施例中，根据塔架的结构连接组成对其进行简化，包括：
内钢管、外钢管与混凝土的界面关系采用面与面接触模型模拟；
混凝土与栓钉之间采用嵌入式约束模型模拟；
塔架的底部边界条件简化为固定约束。
在一些实施例中，在内钢管、外钢管与混凝土的界面关系采用面与面接触模型模拟的情况下，分别定义沿法向界面和沿界面切向的性质；其中，界面法向采用硬接触模型，以使接触面之间能够传递垂直于面的接触压力；界面切向采用库仑摩擦模型，以使剪应力达到临界值时，接触面之间产生相对滑动；其剪应力达到临界值的表达式如下：
≥/>；
其中，为摩擦系数，/>为接触压力，/>为平均界面粘结力。
在一些实施例中，对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值，包括：
对塔架的顶部施加多个不同的荷载；
通过求解器和牛顿-拉夫森算法进行计算塔架的应变数据；
在应变数据满足预设条件的情况下，获取荷载和对应的位移值。
在一些实施例中，根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力，包括：
获得塔架表征荷载和位移值的映射曲线；
确定映射曲线中最小位移值所对应的荷载最大值；
以荷载最大值作为塔架的极限承载力。
在一些实施例中，应变数据满足预设条件的情况下，获取荷载和对应的位移值，包括：
获取塔架中内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力；
在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力满足预设条件的情况下，获取位移值；
在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力未满足预设条件的情况下，获取内钢管、外钢管和混凝土的应变情况；
在内钢管、外钢管和混凝土的应变情况满足预设条件的情况下，获取位移值。
在一些实施例中，在确定塔架的极限承载力后，还包括：
根据上述步骤对规范公式计算方法进行更新迭代；
通过更新后的规范公式计算方法再确认塔架的极限承载力。
第二方面，本申请提供了一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置，包括：
建立模块，被配置为对塔架的设计方案建立有限元模型；
搭建模块，被配置为搭建加载荷载模拟环境；
获取模块，被配置为对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值；
确定模块，被配置为根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力。
第三方面，本申请提供了一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，通过对塔架的设计方案建立有限元模型，并搭建加载荷载模拟环境，在对塔架施加多个不同的荷载，获得与各荷载相对应的位移值，根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力，这样，能综合考虑建造、吊装等多方面因素，通过精细化的有限元模型更精确地计算钢管混凝土夹层塔架的极限承载力。同时也可以较好地模拟大空心率钢管混凝土夹层塔架在荷载状态下的破坏形态、荷载与变形关系和极限承载力，从而合理地反映该结构的力学性能。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的一个塔架的截面图；
图7为本申请实施例提供的对塔架施加荷载的示意图；
图8为本申请实施例提供的混凝土中应力与应变情况的曲线图；
图9为本申请实施例提供的荷载与位移值的曲线图；
图10为本申请实施例提供的一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置的示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1为本申请实施例提供的一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图。结合图1所示，方法包括：
S011、对塔架的设计方案建立有限元模型；
S012、搭建加载荷载模拟环境；
S013、对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值；
S014、根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力。
采用本申请实施例提供的技术方案，通过对塔架的设计方案建立有限元模型，并搭建加载荷载模拟环境，在对塔架施加多个不同的荷载，获得与各荷载相对应的位移值，根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力，这样，能综合考虑建造、吊装等多方面因素，通过精细化的有限元模型更精确地计算钢管混凝土夹层塔架的极限承载力。同时也可以较好地模拟大空心率钢管混凝土夹层塔架在荷载状态下的破坏形态、荷载与变形关系和极限承载力，从而合理地反映该结构的力学性能。
海上塔架一般由几段塔筒连接而成，并且每段塔筒结构型式基本一致。因此，本实施例中的塔架是通过多段结构型式相同的塔筒组成。其中，参考图6所示，塔架包括内钢管1、外钢管2和设置于二者之间的混凝土3。这里，为了防止内钢管1、外钢管2和混凝土3在受力过程中出现滑移脱落现象，内钢管1和外钢管2分别通过栓钉4与混凝土3连接，从而保证内钢管1、外钢管2和混凝土3之间连接的紧密性。
在本实施例中，对塔架的设计方案建立有限元模型。这里，塔架的设计方案指的是塔架的组成结构。因此，需要根据内钢管1、外钢管2、混凝土3、栓钉4以及其他部件的几何参数化建立有限元模型。其中，通过有限元分析软件（Abaqus）建立塔架的三维模型。
在本实施例中，在建立有限元模型后，需要搭建加载荷载模拟环境，对塔架内的相关参数进行定义、分类以及相关的简化。在一些实施例中，搭建加载荷载模拟环境，包括：根据塔架的材料组成选用相对应的模型环境；根据塔架的结构组成构建相对应的单元类型；根据塔架的结构连接组成对其进行简化。
在一些实施例中，根据塔架的材料组成选用相对应的模型环境，包括：内钢管1和外钢管2的材料模型采用塑性模型，以模拟内钢管1和外钢管2的受压情况；
在本实施例中，塔架的结构组成主要包括内钢管1、外钢管2和混凝土3。其中，内钢管1和外钢管2所采用的钢材一致。因此内钢管1和外钢管2的材料模型采用塑性模型（Plastic）。
其中，在内钢管1和外钢管2的材料模型采用塑性模型的情况下，其应力与应变关系采用二次塑流段关系，以模拟内钢管1和外钢管2的受压应力情况。
在本实施例中，塑性模型中的应力与应变关系分为五个阶段关系，分别为弹性段、弹塑性段、塑性段、强化段和二次塑流段，其相应的表达式为：
=/>；
其中，E s为钢材的初始弹性模量，为钢材的屈服强度，比例极限所对应的应变/>=0.8/>/E s，屈服应变/>=1.5/>；开始进入强化阶段的应变/>=10/>，E t为钢材的强化模量，/>是钢材的极限强度，极限强度对应的应变/>=100/>，A=0.2/>/（/>−/>）2，B=2A，C=(0.8/>+A/> 2−B/>)/2。其中，采用二次塑流段关系更能反映出刚才的极限应力情况，从而能保证计算的准确性。
在一些实施例中，根据塔架的材料组成选用相对应的模型环境。这里，混凝土3由砂石等组成。因此，混凝土3的材料模型采用混凝土损伤塑性模型，以模拟混凝土3的受压情况和受拉情况。
在本实施例中，在混凝土3的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，其应力与应变关系采用圆形截面受约束混凝土3的应力与应变关系，以模拟混凝土3的受压应力情况；其中，圆形截面受约束混凝土的应力与应变关系的具体表达式为：
；（1）
其中，=/>
=/>+800/> 0.210-6/>（2）
=/>10-6/>（3）
=/>0.5≥0.12；（4）
=/>（5）
其中，为外钢管的横截面积，/>为外钢管钢材的屈服强度，/>为混凝土横截面积，/>为混凝土轴心抗压强度标准值。
根据上述公式（1）至公式（5）可以得到混凝土中应力与应变情况的曲线图，其曲线图可以参考图8所示，其中，横坐标为非弹性应变情况，纵坐标为非弹性应力。
在一些实施例中，在混凝土3的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，通过定义破坏能量准则来判断应力与断裂能关系，以模拟混凝土的受拉情况；其中，断裂能按以下公式计算：
Gf=a（0.1）0.710-3
其中，a=1.25d max+10，d max为最大骨粒粒径。
混凝土3的峰值拉应力按以下公式计算：
=0.375/>
其中，为混凝土立方体抗压强度。
在一些实施例中，在混凝土3的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，其模型参数包括膨胀角、偏心参数、抗压强度的比值、比值K和粘性系数中的多个参数。这样。通过多种参数的细化以及组合使用，能更加准确反映出混凝土的受压情况和受拉情况。
在一些实施例中，根据塔架的结构组成构建相对应的单元类型。其中，塔架的结构主要包括内钢管1、外钢管2、混凝土3和栓钉4。
在本实施例中，内钢管1和外钢管2分别采用四节点缩减积分构建各自的壳单元（S4R），其中，由于壳单元（S4R）广泛适用于薄壳的模拟，具有较高的精度和计算效率。
在本实施例中，混凝土3采用八节点减缩积分构建实体单元（C3D8R）；其中，实体单元（C3D8R）能在保证具有足够计算精度，同时还能具有较高的计算经济性。
在本实施例中，栓钉4采用梁单元。
在本实施例中，对内钢管1和外钢管2、混凝土3和栓钉4进行网格敏感性分析。其中，采用以下网格尺寸：其截面方向的网格尺寸为(1/10~1/20)D，这里，D为截面外直径；其高度方向的网格尺寸为(1/200~1/50)H，这里，H为塔架的总高度；在混凝土的厚度方向，其单元层数大于或等于两层。这样，能获得较好的计算精度和收敛效果。
此外，为了保证模型具有较好的收敛性，需要对内钢管1和外钢管2、混凝土3和栓钉4的有限元模型进行网格匹配，保证各结构部分对应的网格节点是一一对应关系，这样有利于模型的收敛性分析。其中，当网格尺寸越小时，模拟的破坏形态越精细。
在一些实施例中，根据塔架的结构连接组成对其进行简化。其中，塔架的结构连接组成包括内钢管1与混凝土3连接、外钢管2与混凝土3，以及栓钉4与内钢管1、外钢管2和混凝土3。
在本实施例中，内钢管1、外钢管2与混凝土3的界面关系采用面与面接触模型模拟；其中，在内钢管1、外钢管2与混凝土3的界面关系采用面与面接触模型模拟的情况下，分别定义沿法向界面和沿界面切向的性质；其中，界面法向采用硬接触模型，以使接触面之间能够传递垂直于面的接触压力；界面切向采用库仑摩擦模型，以使剪应力达到临界值时，接触面之间产生相对滑动；其剪应力达到临界值的表达式如下：
≥/>；
其中，为摩擦系数，/>为接触压力，/>为平均界面粘结力。
在上述实施例中，的取值范围为[0.2，0.6]，从而能更加准确的表达剪应力。在一些实施例中，/>的取值为0.2。在一些实施例中，/>的取值为0.3。在一些实施例中，/>的取值为0.4。在一些实施例中，/>的取值为0.5。在一些实施例中，/>的取值为0.6。在实际模拟时，/>可以为[0.2，0.6]内的任意数值，在此不限定。
在本实施例中，混凝土3与栓钉4之间采用嵌入式约束模型模拟；这样能够真实模拟栓钉4埋入混凝土3内部的情况，从而准确计算内钢管1、外钢管2、混凝土3与栓钉之间的刚度荷载分配情况。
在本实施例中，塔架的底部边界条件简化为固定约束。这样，更有利于对其塔架进行加载荷载，保证计算精度和计算效率。
图2为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图。结合图2所示，对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值，包括：
S021、对塔架的顶部施加多个不同的荷载；
S022、通过求解器和牛顿-拉夫森算法进行计算塔架的应变数据；
S023、在应变数据满足预设条件的情况下，获取荷载和对应的位移值。
在本实施例中，结合图7所示，通过对塔架施加不同的轴压力，此时塔架会受到弯扭荷载，从而产生向下的位移。这里，通过求解器和（Standard）牛顿-拉夫森算法（Newton-Raphson）进行计算塔架的应变数据，应变数据包括上述的应力和应变情况。其中，在进行计算时需要考虑几何非线性效应，以保证计算的准确性。在应变数据满足预设条件的情况下，获取荷载和对应的位移值，并绘制相应的曲线图。
图3为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图。结合图3所示，根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力，包括：
S031、获得塔架表征荷载和位移值的映射曲线；
S032、确定映射曲线中最小位移值所对应的荷载最大值；
S033、以荷载最大值作为塔架的极限承载力。
在本实施例中，根据图9中的曲线可知，在不同的荷载下，其位移值不同。其中，映射曲线的前段是随着荷载的增大位移值也增大，但是当到达塔架的极限荷载时。此时继续施加较大的荷载，其位移值是不断变大的，甚至减小荷载，位移值依然不断变大；因此，查找到在该映射曲线中最小位移值所对应的荷载最大值，即映射曲线峰值所对应的荷载值和位移值，以该荷载值作为塔架的极限承载力，从而还确定了向下移动的最大位移值。
图4为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图。结合图4所示，应变数据满足预设条件的情况下，获取荷载和对应的位移值，包括：
S041、获取塔架中内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力；
S042、在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力满足预设条件的情况下，获取位移值；
S043、在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力未满足预设条件的情况下，获取内钢管、外钢管和混凝土的应变情况；
S044、在内钢管、外钢管和混凝土的应变情况满足预设条件的情况下，获取位移值。
在本实施例中，首先对其模拟的所有结果进行汇总分析，所有结果包括钢管的受压应力和应变情况，混凝土的受压应力、受拉应力和应变情况。其中，应变情况指的是钢管自身的变形情况和混凝土的变形情况，比如弯曲、断裂等。这里，如果钢管的受压应力和混凝土的受压应力、受拉应力满足预设的应力，预设的应力指的是钢材的极限力和混凝土的极限力；其中，不同材质的极限力不同，即表明钢管和混凝土的刚度、极限承载力以及塑性下降段满足设计要求，因此可以直接获取位移值和对应荷载；如果钢管的受压应力和混凝土的受压应力、受拉应力未满足预设的应力，即已经超出极限力，需要查看应变情况；如果应变情况满足预设条件，即表明钢管和混凝土的刚度、极限承载力及塑性下降段可能满足设计要求，因此可以获取荷载和对应位移值，进一步分析刚度、极限承载力及塑性下降段。
图5为本申请实施例提供的另一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法的流程示意图。结合图5所示，在确定塔架的极限承载力后，方法还包括：
S051、根据上述步骤对规范公式计算方法进行更新迭代；
S061、通过更新后的规范公式计算方法再确认塔架的极限承载力。
在本实施例中，本方法能够确定塔架的极限承载力，并对其进行受力分析。其中，为后续可以直接应用到实际工程项目中，根据项目的实际荷载和塔架数据，实现结构建模、计算仿真分析完成后，并与规范公式计算方法相互验证，适当修正规范公式计算方法中的范围以及相关参数。从而根据修正后的规范公式计算方法继续计算将钢材－混凝土应用在风电领域相关的工程，以为后续提供计算分析方法。
图10为本申请实施例提供的一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置的示意图，结合图10所示，装置包括：
建立模块10，被配置为对塔架的设计方案建立有限元模型；搭建模块20，被配置为搭建加载荷载模拟环境；获取模块30，被配置为对塔架施加多个不同的荷载，并获得与各荷载相对应的位移值；确定模块40，被配置为根据施加的荷载和得到的位移值确定塔架的极限承载力。
如图11所示，本申请实施例提供了一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置，包括处理器111、通信接口112、存储器113和通信总线114，其中，处理器111，通信接口112，存储器113通过通信总线114完成相互间的通信；
存储器113，用于存放计算机程序；
在本申请一个实施例中，处理器111，用于执行存储器113上所存放的程序时，实现前述任意一个方法实施例提供的用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
在本实施例中，通信接口112可以用于信息传输。处理器111可以调用存储器113中的逻辑指令，以执行上述实施例的确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
上述的存储器113中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
存储器113作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器111通过运行存储在存储器113中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
存储器113可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器113可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述任意一个方法实施例提供的用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本公开实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，例如：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品（包括但不限于装置、设备等），可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于确定风电机组中塔架承载力的方法，其特征在于，所述塔架包括内钢管、外钢管和设置于二者之间的混凝土，其中所述内钢管和所述外钢管分别通过栓钉与所述混凝土连接；所述方法包括：
对塔架的设计方案建立有限元模型；
搭建加载荷载模拟环境；其中，
搭建加载荷载模拟环境，包括：所述塔架的材料组成选用相对应的模型环境；
所述塔架的材料组成选用相对应的模型环境，包括：所述混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型，以模拟混凝土的受压情况和受拉情况；
在混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，其模型参数包括膨胀角、偏心参数、抗压强度的比值、比值K和粘性系数中的多个参数；
对内钢管和外钢管、混凝土和栓钉进行网格敏感性分析；其中，采用以下网格尺寸：其截面方向的网格尺寸为(1/10~1/20)D，其中，D为截面外直径；其高度方向的网格尺寸为(1/200~1/50)H，H为塔架的总高度；在混凝土的厚度方向，其单元层数大于或等于两层；
对所述塔架施加多个不同的荷载，并获得与各所述荷载相对应的位移值，具体包括：
获取塔架中内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力；
在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力满足预设条件的情况下，获取位移值；
在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力未满足预设条件的情况下，获取内钢管、外钢管和混凝土的应变情况；
在内钢管、外钢管和混凝土的应变情况满足预设条件的情况下，获取位移值；
根据施加的所述荷载和得到的所述位移值确定所述塔架的极限承载力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搭建加载荷载模拟环境，还包括：
根据所述塔架的结构组成构建相对应的单元类型；
根据所述塔架的结构连接组成对其进行简化。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据塔架的材料组成选用相对应的模型环境，还包括：
所述内钢管和所述外钢管的材料模型采用塑性模型，以模拟内钢管和外钢管的受压情况。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据塔架的结构组成构建相对应的单元类型，包括：
所述内钢管和所述外钢管分别采用四节点缩减积分构建各自的壳单元；
所述混凝土采用八节点减缩积分构建实体单元；
所述栓钉采用梁单元。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据塔架的结构连接组成对其进行简化，包括：
所述内钢管、所述外钢管与所述混凝土的界面关系采用面与面接触模型模拟；
所述混凝土与所述栓钉之间采用嵌入式约束模型模拟；
所述塔架的底部边界条件简化为固定约束。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，对所述塔架施加多个不同的荷载，并获得与各所述荷载相对应的位移值，包括：
对所述塔架的顶部施加多个不同的荷载；
通过求解器和牛顿-拉夫森算法进行计算所述塔架的应变数据；
在所述应变数据满足预设条件的情况下，获取荷载和对应的位移值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据施加的所述荷载和得到的所述位移值确定所述塔架的极限承载力，包括：
获得所述塔架表征荷载和位移值的映射曲线；
确定所述映射曲线中最小位移值所对应的荷载最大值；
以所述荷载最大值作为所述塔架的极限承载力。
8.一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置，其特征在于，所述塔架包括内钢管、外钢管和设置于二者之间的混凝土，其中所述内钢管和所述外钢管分别通过栓钉与所述混凝土连接；所述装置包括：
建立模块，被配置为对塔架的设计方案建立有限元模型；
搭建模块，被配置为搭建加载荷载模拟环境；其中，
搭建加载荷载模拟环境，包括：所述塔架的材料组成选用相对应的模型环境；
所述塔架的材料组成选用相对应的模型环境，包括：所述混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型，以模拟混凝土的受压情况和受拉情况；
在混凝土的材料模型采用混凝土损伤塑性模型的情况下，其模型参数包括膨胀角、偏心参数、抗压强度的比值、比值K和粘性系数中的多个参数；
对内钢管和外钢管、混凝土和栓钉进行网格敏感性分析；其中，采用以下网格尺寸：其截面方向的网格尺寸为(1/10~1/20)D，其中，D为截面外直径；其高度方向的网格尺寸为(1/200~1/50)H，H为塔架的总高度；在混凝土的厚度方向，其单元层数大于或等于两层；
获取模块，被配置为对所述塔架施加多个不同的荷载，并获得与各所述荷载相对应的位移值；获取塔架中内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力，具体包括：
在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力满足预设条件的情况下，获取位移值；
在内钢管和外钢管的受压应力、混凝土的受压应力和受拉应力未满足预设条件的情况下，获取内钢管、外钢管和混凝土的应变情况；
在内钢管、外钢管和混凝土的应变情况满足预设条件的情况下，获取位移值；
确定模块，被配置为根据施加的所述荷载和得到的所述位移值确定所述塔架的极限承载力。
9.一种用于确定风电机组中塔架承载力的装置，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-7任一项所述的用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的用于确定风电机组中塔架承载力的方法的步骤。
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