本发明涉及漂浮式海上风电动态电缆设计技术，具体涉及一种漂浮式海上风电动态电缆疲劳性能分析的建模方法。
背景技术：
1、目前，浮式风电站中采用的动态电缆疲劳性能分析技术主要源于海洋油气行业的立管与脐带缆设计及分析技术，其疲劳性能分析的数值建模方法为将浮体及系泊系统简化为一运动激励点，将浮体水动力运动幅频响应传递函数以及系泊系统的动力响应作为动态电缆的运动荷载输入，开展时域动态模拟，分析动态电缆的疲劳性能响应和疲劳寿命。
2、与立管或脐带缆连接的油气平台相比，浮式风电站的运动特性有较大差异，主要体现为高耸塔架与大直径风轮产生的气动荷载效应和惯性荷载效应。浮式风电站受到波浪、海流及湍流风荷载的多源耦合作用，风轮产生的风载荷会使浮体在疲劳工况下产生额外转角和偏移运动响应。此外，动态电缆截面组成和力学性能与立管或脐带缆也有较大差别。应用环境方面，油气平台一般用于深水海域(大于100m)；浮式风电站在我国目前应用于中浅水域(40-60m)甚至超浅水域(30m左右)，使得由于风轮塔筒产生的浮体额外转角和位移对动态电缆疲劳性能产生的影响更为显著，使得电缆截面产生额外的弯曲和张力响应。因此立管与脐带缆的传统数值建模方法，尤其是针对中浅水深及超浅水深环境下将不再适用于浮式风电疲劳工况下，动态电缆疲劳性能的分析。此外，风浪流耦合作用下动态电缆疲劳工况数量多，根据经验常需进行数百个疲劳工况的校核，对分析用的数值模型也提出计算效率的要求。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种漂浮式风电动态电缆疲劳性能分析的建模方法，能够实现漂浮式风电在疲劳工况下准确的运动转角和平面偏移模拟，捕捉动态电缆疲劳工况下的弯曲和张力动态响应，并且提高计算效率。
2、为实现上述目的，本发明提供一种漂浮式风电动态电缆疲劳性能分析的建模方法，所述漂浮式风电包括风机机组、浮体、系泊链和动态电缆，所述风机机组包括塔筒和风机，所述风机包括机舱、传动轴、轮毂和叶片，所述建模方法基于sima软件进行，包括以下步骤：
3、s1、建立浮体模型：在sima软件界面中创建浮体刚体质点模型，输入相关重量参数，输入相关水动力参数；
4、s2、建立线性化的系泊链简化模型：采用线性弹簧形式建立系泊链简化模型，通过悬链线方程计算单根系泊链的回复力-位移关系曲线，然后在sima软件界面中建立线性弹簧，通过将系泊链的回复力-位移关系曲线数据输入线性弹簧，完成系泊链简化模型的建立；
5、s3、建立风机机组模型，包括：
6、s31、采用刚性杆建立塔筒刚性杆模型，并采用梁单元定义塔筒的相关截面属性参数；
7、s32、采用刚体质点形式分别建立机舱刚体质点模型和轮毂刚体质点模型，并输入各自的相关重量参数；
8、s33、采用弹性体有限元单元建立转轴模型，以轮毂的刚体质点为端点，采用梁单元定义转轴长度和转轴的相关截面属性参数；
9、s34、采用弹性体有限元单元建立叶片有限元模型，并采用梁单元定义叶片的相关截面属性参数；
10、s35、建立完整风机模型，定义转轴、塔筒和叶片相对风机传动系统的位置，定义转轴、塔筒和叶片，输入风机传动系统的相关运动参数；
11、s4、建立动态电缆模型：采用有限元数值模拟方法，在sima软件中利用弹性体梁单元建立动态电缆有限元模型，包括：
12、s41、定义动态电缆在浮体上的悬挂点的位置坐标、以及动态电缆在海底处的锚固点的位置坐标；
13、s42、输入动态电缆的相关截面参数；
14、s43、输入动态电缆上的浮力块的等效浮力时，通过电缆截面等效外径方式输入，将总浮力转化为等效外径下的排水量，在数值模型中形成带有与浮力块效果相同的等效浮力段；
15、s44、根据动态电缆的设计长度，定义从悬挂点到锚固点的长度，建立完整的动态电缆有限元模型；
16、s5、建立一体化模型：通过创建质点-刚性杆-弹性体有限元模型间的耦合联系，建立风机-塔筒-浮体-系泊链-动态电缆的一体化模型，将浮体刚体质点模型定义为运动主控点，机舱刚体质点模型、塔筒刚性杆模型和浮体刚体质点模型之间通过固定相对位移的方式连接，其他部件模型之间的连接采用绑定方式连接，，实现各部件模型的运动联动。
17、进一步地，所述步骤s1中，浮体刚体质点模型的相关重量参数包括重量、重心和运动惯量，相关水动力参数包括幅频响应函数、波浪力传递函数、静水回复刚度数据、运动阻尼矩阵、风拖曳力系数和流拖曳力系数。
18、进一步地，所述步骤s31中，塔筒的相关截面属性参数包括外径、单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度；所述步骤s33中，转轴的相关截面属性参数包括外径、单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度；所述步骤s34中，叶片的相关截面属性参数包括单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度。
19、进一步地，：所述步骤s35中，风机传动系统的相关运动参数包括叶片最大变桨速率、叶片最大变桨角、变桨积分增益系数、变桨比例增益系数和变桨增益系数曲线。
20、进一步地，所述转轴包括高度轴和低速轴，所述步骤s35中，风机传动系统的相关运动参数还包括高度轴和低速轴之间的转速比。
21、进一步地，所述步骤s42中，动态电缆的相关截面参数包括截面几何尺寸、单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度。
22、进一步地，所述步骤s5包括：s51、将浮体刚体质点模型与塔筒刚性杆模型底部端点固定相对位移；s52、将塔筒刚性杆模型顶部端点与机舱刚体质点模型固定相对位移；s53、将转轴模型末端点与机舱刚体质点模型建立绑定连接；s54、将浮体刚体质点模型与系泊链简化模型连接点建立绑定连接；s55、将动态电缆有限元模型的悬挂点与浮体刚体质点模型建立绑定连接。
23、如上所述，本发明涉及的建模方法，具有以下有益效果：
24、利用本发明的建模方法，得到的漂浮式风电动态电缆疲劳性能分析的一体化模型，可以捕捉传统分析模型在动态疲劳分析时无法考虑风机的叶片和塔筒2气动荷载造成的浮体额外运动转角和偏移，以及其他因风机故障或异常造成的浮体瞬时大幅运动对动态电缆产生的联动响应，能够实现漂浮式风电在疲劳工况下准确的运动转角和平面偏移模拟，捕捉动态电缆疲劳工况下的弯曲和张力动态响应；同时，无需根据经验常需进行数百个疲劳工况的校核，可提高数值模型在多疲劳工况下的计算效率。
1.一种漂浮式风电动态电缆疲劳性能分析的建模方法，所述漂浮式风电包括风机机组、浮体、系泊链和动态电缆，所述风机机组包括塔筒和风机，所述风机包括机舱、传动轴、轮毂和叶片，其特征在于：所述建模方法基于sima软件进行，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤s1中，浮体刚体质点模型的相关重量参数包括重量、重心和运动惯量，相关水动力参数包括幅频响应函数、波浪力传递函数、静水回复刚度数据、运动阻尼矩阵、风拖曳力系数和流拖曳力系数。
3.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤s31中，塔筒的相关截面属性参数包括外径、单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度；所述步骤s33中，转轴的相关截面属性参数包括外径、单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度；所述步骤s34中，叶片的相关截面属性参数包括单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度。
4.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤s35中，风机传动系统的相关运动参数包括叶片最大变桨速率、叶片最大变桨角、变桨积分增益系数、变桨比例增益系数和变桨增益系数曲线。
5.根据权利要求4所述的建模方法，其特征在于：所述转轴包括高度轴和低速轴，所述步骤s35中，风机传动系统的相关运动参数还包括高度轴和低速轴之间的转速比。
6.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤s42中，动态电缆的相关截面参数包括截面几何尺寸、单位长度重量、回转半径、抗拉刚度、抗弯刚度和抗扭刚度。
7.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于：所述步骤s5包括：
