本发明属于风力发电，具体涉及一种漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法及系统。
背景技术：
1、深远海漂浮式风电机组承受风浪流载荷，并且深远海漂浮式风电机组多为大兆瓦机组，与传统的陆上风电机组相比，深远海漂浮式风电机组的工作环境更加恶劣，其塔筒承受的载荷更大。为优化塔筒门洞的设计，需要一种更准确的方法来评估塔筒门洞焊缝。风电机组塔筒门洞处筒身与门框采用双侧角焊缝焊接，门洞开孔处结构受力复杂，无法通过现有理论得到门洞处的解析解，一般采用限元方法得到数值解。当角焊缝不建模分析时，在筒身与门框交界处容易出现应力奇异，往往采用结构热点应力法对焊趾应力进行评估或者弹塑性方法进行评估。同时塔筒焊缝的应力一般不超屈服应力，但有时为最大限度利用材料抗力，焊缝允许出现限制总应变的局部塑性变形。现有评估焊缝强度的方法采用的是热点应力参考点处的等效应力推算热点处的等效应力，相较于先推算出热点处的各应力分量，再计算热点处的焊趾平面内的最大最小主应力，后一种方法更能准确评估焊缝强度。在筒身、法兰、门框缺少可靠有效的塑性参数时，传统的弹塑性分析方法将无法适用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法及系统，在缺少塔筒材料塑性参数的情况下方便准确的评估塔筒门洞处焊缝的极限强度。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，包括：
4、根据塔筒门洞段图纸以及门洞焊缝对应的热点应力参考线，获得塔筒门洞段的三维几何模型；
5、依据塔筒门洞段的三维几何模型，在有限元分析软件中对三维几何模型赋予材料属性，划分网格，施加边界条件，并调整热点应力参考线处的网格节点坐标系，获得塔筒门洞段的有限元模型；
6、基于塔筒门洞段的有限元模型，利用有限元分析软件仿真计算得到塔筒门洞段的应力结果，提取热点应力参考线处网格节点在节点坐标系下的各应力分量，并推算获得热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量；
7、基于热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，通过二维应力状态的主应力计算公式计算获得焊趾平面内的热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力，通过三维应力状态的von-mises等效应力公式计算，获得热点应力参考线处网格节点的等效热点应力；
8、基于热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力和等效热点应力，对热点应力参考线处的最大最小热点主应力取绝对值，并取最大绝对值热点主应力作为热点应力参考线处的热点主应力，另外依据neuber法则结合等效热点应力估算门洞焊缝处的总应变，获得门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力；
9、依据门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力，评估塔筒门洞焊缝的极限强度是否满足要求。
10、本发明进一步的改进在于，根据塔筒门洞段图纸以及门洞焊缝对应的热点应力参考线，获得塔筒门洞段的三维几何模型，包括：
11、依据塔筒门洞段图纸，绘制门洞所在筒段的筒身，上下法兰，门框的三维几何模型，距筒身和门框交接线0.8t，1.4t处为门洞焊缝对应的热点应力参考线，在热点应力参考线处分割筒身，t为门洞处的筒壁厚度。
12、本发明进一步的改进在于，依据塔筒门洞段的三维几何模型，在有限元分析软件中对三维几何模型赋予材料属性，划分网格，施加边界条件，并调整热点应力参考线处的网格节点坐标系，获得塔筒门洞段的有限元模型，包括：
13、在有限元分析软件中为塔筒门洞段的筒身，上下法兰，门框分别赋予图纸中对应的材料属性；并对塔筒门洞段的三维几何模型划分六面体网格，采用映射网格划分方法，在门洞处细化网格，且满足0.8t，1.4t热点应力参考线处的网格节点一一映射对应和其网格节点连线与筒身和门框交接线垂直的要求；网格划分完成后，调整热点应力参考线处网格节点的节点坐标系，使节点坐标系中的一个坐标方向与热点应力参考线所在表面的法线重合；
14、在有限元分析软件中对塔筒门洞段的下法兰底面施加固定约束，对上法兰顶面通过局部刚性法与下法兰底面的中心点耦合，并在塔筒门洞段的下法兰底面中心点施加下法兰底面的内力(mxy，mz，fxy，fz)，mxy，mz，fxy，fz为通过bladed仿真软件计算得到的塔筒门洞段的下法兰底面的内力。
15、本发明进一步的改进在于，基于塔筒门洞段的有限元模型，利用有限元分析软件仿真计算得到塔筒门洞段的应力结果，提取热点应力参考线处网格节点在节点坐标系下的各应力分量，并推算获得热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，包括：
16、利用有限元分析软件对塔筒门洞段的有限元模型进行求解，获得塔筒门洞段的应力结果，提取热点应力参考线处网格节点在节点坐标系下的各应力分量，并依据热点应力计算公式推算热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量；
17、σhsij＝1.67*σ0.8tij-0.67*σ1.4tij
18、式中，i、j-轮换表示x、y、z，σhsij一表示推算得到的热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，ρ0.8tij、σ1.4tij——分别表示0.8t，1.4t热点应力参考线处网格节点的各应力分量。
19、本发明进一步的改进在于，基于热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，通过二维应力状态的主应力计算公式计算获得焊趾平面内的热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力，通过三维应力状态的von-mises等效应力公式计算，获得热点应力参考线处网格节点的等效热点应力，包括：
20、基于二维应力状态的主应力计算公式计算得到焊趾平面内的热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力；
21、
22、式中，σ1-热点应力参考线处网格节点的最大热点主应力，σ2-热点应力参考线处网格节点的最小热点主应力，σhsxx、σhsyy、σhsxy-热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量；
23、基于三维应力状态的von-mises等效应力公式计算得到热点应力参考线处网格节点的等效热点应力；
24、
25、式中，σeqhs-热点应力参考线处网格节点的等效热点应力，σhsxx、σhsyy、σhszz、σhsxy、σhsyz、σhszx-热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量。
26、本发明进一步的改进在于，基于热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力和等效热点应力，对热点应力参考线处的最大最小热点主应力取绝对值，并取最大绝对值热点主应力作为热点应力参考线处的热点主应力，另外依据neuber法则结合等效热点应力估算门洞焊缝处的总应变，获得门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力，包括：
27、对热点应力参考线处的最大最小热点主应力取绝对值，并取最大绝对值热点主应力作为热点应力参考线处的热点主应力；
28、
29、式中，σhs-热点应力参考线处网格节点的热点主应力，σ1-热点应力参考线处网格节点的最大热点主应力，σ2-热点应力参考线处网格节点的最小热点主应力；
30、依据neuber法则结合等效热点应力估算门洞焊缝处的总应变；
31、εtot＝(σeqhs)2/(re*e)
32、式中，εtot-门洞焊缝处的总应变，σeqhs-热点应力参考线处网格节点的等效热点应力，re-考虑壁厚的筒身屈服强度，e-塔筒筒身的弹性模量。
33、本发明进一步的改进在于，依据门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力，评估塔筒门洞焊缝的极限强度是否满足要求，包括：
34、考虑壁厚的筒身屈服强度、材料分项系数和部件失效后果分项系数，通过热点主应力计算门洞焊缝的强度安全系数srf；
35、
36、式中，srf-门洞焊缝的强度安全系数，re-考虑壁厚的筒身屈服强度，γm-材料分项系数，γn-部件失效后果分项系数，σhs-热点应力参考线处网格节点的热点主应力；
37、当强度安全系数srf应大于等于1且总应变应εtot小于1％时，门洞焊缝的极限强度满足要求。
38、漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估系统，包括：
39、三维几何模型模块，根据塔筒门洞段图纸以及门洞焊缝对应的热点应力参考线，获得塔筒门洞段的三维几何模型；
40、有限元模型模块，依据塔筒门洞段的三维几何模型，在有限元分析软件中对三维几何模型赋予材料属性，划分网格，施加边界条件，并调整热点应力参考线处的网格节点坐标系，获得塔筒门洞段的有限元模型；
41、第一计算模块，基于塔筒门洞段的有限元模型，利用有限元分析软件仿真计算得到塔筒门洞段的应力结果，提取热点应力参考线处网格节点在节点坐标系下的各应力分量，并推算获得热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量；
42、第二计算模块，基于热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，通过二维应力状态的主应力计算公式计算获得焊趾平面内的热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力，通过三维应力状态的von-mises等效应力公式计算，获得热点应力参考线处网格节点的等效热点应力；
43、第三计算模块，基于热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力和等效热点应力，对热点应力参考线处的最大最小热点主应力取绝对值，并取最大绝对值热点主应力作为热点应力参考线处的热点主应力，另外依据neuber法则结合等效热点应力估算门洞焊缝处的总应变，获得门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力；
44、评估模块，依据门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力，评估塔筒门洞焊缝的极限强度是否满足要求。
45、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时实现所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法的步骤。
46、本发明至少具有以下有益的技术效果：
47、本发明提供的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法及系统，通过建立塔筒门洞的有限元模型，先从热点应力参考点处推算热点处的各应力分量，再通过热点处各应力分量计算焊趾处的最大最小主应力，继而评估门洞焊缝的极限强度。当强度不满足要求时，再通过热点处各应力分量计算热点等效应力，估算出总应变后，评估总应变是否满足要求。在筒身、法兰、门框缺少可靠有效的塑性参数时，该发明可方便有效准确评估地门洞焊缝处的强度。另外先推算热点处的各应力分量，再计算热点处的应力，提高了热点应力计算结果的准确性。
1.漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，根据塔筒门洞段图纸以及门洞焊缝对应的热点应力参考线，获得塔筒门洞段的三维几何模型，包括：
3.根据权利要求2所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，依据塔筒门洞段的三维几何模型，在有限元分析软件中对三维几何模型赋予材料属性，划分网格，施加边界条件，并调整热点应力参考线处的网格节点坐标系，获得塔筒门洞段的有限元模型，包括：
4.根据权利要求3所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，基于塔筒门洞段的有限元模型，利用有限元分析软件仿真计算得到塔筒门洞段的应力结果，提取热点应力参考线处网格节点在节点坐标系下的各应力分量，并推算获得热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，包括：
5.根据权利要求4所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，基于热点应力参考线处网格节点的各热点应力分量，通过二维应力状态的主应力计算公式计算获得焊趾平面内的热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力，通过三维应力状态的von-mises等效应力公式计算，获得热点应力参考线处网格节点的等效热点应力，包括：
6.根据权利要求5所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，基于热点应力参考线处网格节点的最大最小热点主应力和等效热点应力，对热点应力参考线处的最大最小热点主应力取绝对值，并取最大绝对值热点主应力作为热点应力参考线处的热点主应力，另外依据neuber法则结合等效热点应力估算门洞焊缝处的总应变，获得门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力，包括：
7.根据权利要求6所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法，其特征在于，依据门洞焊缝处的总应变和热点应力参考线处的热点主应力，评估塔筒门洞焊缝的极限强度是否满足要求，包括：
8.漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估系统，其特征在于，三维几何模型模块中，根据塔筒门洞段图纸以及门洞焊缝对应的热点应力参考线，获得塔筒门洞段的三维几何模型，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的漂浮式风电机组塔筒门洞焊缝的极限强度评估方法的步骤。
