现在之所以提出一体化仿真的问题,主要是因为现在的气动模型、水动力模型和浮式基础的结构模型是分别建立的,如果有一个软件能把这三个模型都结合在一起,那也就没有什么一体化的问题了。
所以这三个模型的耦合问题,是一体化仿真绕不开的。
一体化仿真的重点就是这三个模型的数据怎么相互传递,怎么调试使这三个模型使计算出的结果是相互匹配的。
首先,三个模型的重量重心和转动惯量要先要一致。
其次,要使气动模型算出塔底载荷准确,气动模型的运动姿态就要和水动力模型的也要相一致。
选取了美国可再生能源实验室的OC5半潜式海上漂浮式风机为研究对象,介绍一下我们用Bladed、AQWA和经典ANSYS进行一体化仿真的方法。
漂浮式风电基础同时受到风浪流载荷的同时作用,风机的气动载荷和浮体的水动力载荷的耦合关系是非线性的,加上风机的外部控制策略,导致整个结构的动力特性十分复杂,为了求得更精确的载荷而对风机和浮式基础要采用一体化仿真。
用Bladed软件建立OC5风机、浮体和系泊系统的模型,并加载与模型匹配的风机控制文件。
最新版本的Bladed添加了BEM边界元法模块,可以带入AQWA计算求得的水动力文件,从而考虑了势流理论,使包含了大尺度构件浮体模型的计算结果更加准确。
用AQWA软件建立OC5浮体和系泊系统的水动力模型,模型的质量点的质量和转动惯量要和Bladed模型相匹配。
由于用Bladed建的OC5模型用了AQWA求出的水动力文件,所以经过调试Bladed和AWQA的计算出的运动状态将几乎相同。
用经典ANSYS软件建立OC5的有限元结构仿真模型,漂浮式基础的外壳板、甲板、舱壁等板壳结构和强结构的腹板用SHELL单元模拟;结构的加强筋和强结构的面板使用BEAM单元模拟。
使用改密度或质量点MASS单元对机械设备、压载水和油料的重量进行模拟。
在锚链与模型的连接点位置使用弹簧单元进行连接。