考虑真实边界与载荷条件的海上风力机导管架子结构高效分析与优化数值工具
计算工程、金融与科学
2023-10-31 v1
摘要
导管架子结构是海上风力机（OWT）的关键部件，是顶部过渡段与灌浆连接之间的接口。本文对导管架子结构进行了全面研究，以在保持可接受结构性能的同时实现更高的成本效益优化。首先提出了一种针对导管架子结构的快速参数化有限元建模（FEM）方法。所生成的模型考虑了真实载荷条件，包括自重、风载荷和截面相关波载荷，以及土-桩相互作用。随后进行了参数化研究，以考察导管架子结构的质量和响应随几何与截面参数变化的趋势。在对应三组目标与约束函数组的三种不同优化策略下，采用参数化优化和数值遗传算法（GA）优化对导管架子结构进行了优化。参数化分析所得趋势用于指导参数化优化中的参数选择，同时建立了基于排序变异的GA，并将所提出的高效FEM嵌入作为优化目标与约束函数的求解器。参数化优化在计算效率上具有优势，三种策略的质量减少分别为6.2%、10%和14.8%。GA优化更为激进，三种策略的质量减少分别为16.8%、22.3%和34.3%，但计算量相对更大。所提出的两种优化方法与三种优化策略均有望应用于OWT导管架子结构的实际工程设计，具有良好的优化输出和高计算效率。
引用
@article{arxiv.2310.19388,
title = {A numerical tool for efficient analysis and optimization of offshore wind turbine jacket substructure considering realistic boundary and loading conditions},
author = {Zhenyu Wang and Selase Kwame Mantey and Xin Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.19388},
year = {2023}
}