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龙图腾网恭喜国家海洋环境监测中心申请的专利海上风力发电结构动力响应分析方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN117313570B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202311044731.1，技术领域涉及：G06F30/28；该发明授权海上风力发电结构动力响应分析方法是由刘佳旺;韩成伟;韩建波设计研发完成，并于2023-08-18向国家知识产权局提交的专利申请。

本海上风力发电结构动力响应分析方法在说明书摘要公布了：一种海上风力发电结构动力响应分析方法，属于海上风力发电技术领域。基于修正的叶素动量理论、半经验半理论的Rainey细长体理论以及p‑y曲线法提出风、浪联合作用下考虑桩‑土相互作用的单桩式风机整体结构动力响应时域分析模型建立方法，实现风机气动力‑水动力‑结构动力响应‑土抗力的耦合计算；该分析方法基于空气动力学模块、水动力学模块、桩土相互作用模块、海上风机整体结构动力响应计算模块实现，四个模块是相互耦合的，能够充分考虑各部分外荷载与海上风机的相互作用。本发明提出的海上风力发电结构响应分析方法可以考虑风、浪等作用下风机结构响应与各部分外荷载的耦合效应，风机整体结构动力响应计算结果更准确，对于全面衡量海上风力发电结构安全具有重要作用。

本发明授权海上风力发电结构动力响应分析方法在权利要求书中公布了：1.一种海上风力发电结构动力响应分析方法，其特征在于，所述的分析方法基于海上风机整体结构动力响应耦合计算模型实现，计算模型包括空气动力学模块、空气动力荷载计算模块、桩土相互作用模块、风机整体结构动力响应有限元求解模型，其中，水动力学模块也为波浪荷载计算模块，三个荷载计算子模块之间通过海上风机整体结构动力响应计算模块进行联系；首先，通过建立高阶谱数值波浪水槽模型模拟非线性极端波浪场；其次，分别利用波浪荷载计算模块、空气动力荷载计算模块、桩土相互作用模块这三个荷载计算子模块计算波浪荷载、风荷载、土荷载，并转化为海上风机整体结构动力响应计算模块中的等效节点荷载；最后，构建风机整体结构动力响应有限元求解模型，求解风机整体结构动力响应得到各节点处的位移、速度和加速度，并分别将其传递给对应的荷载计算子模块，进而实现风机整体结构动力响应的分析；具体包括以下步骤：第一步，通过建立高阶谱数值波浪水槽模型模拟非线性极端波浪场；第二步，构建波浪荷载计算模块，每个时刻根据Rainey细长体理论计算第一步模拟的极端波浪作用在风机结构上的波浪荷载，其分为两部分：线波浪荷载fRaineyt,z贡献部分、以及水面集中力Fxsurface贡献部分；第三步，构建空气动力荷载计算模块，每个时刻根据叶素动量理论计算风机结构上的风荷载；第四步，构建桩土相互作用模块，每个时刻利用p-y曲线法计算风机结构上的土荷载；第五步，构建风机整体结构动力响应有限元求解模型，计算每个时刻海上风机整体结构动力响应，具体如下：5.1建立海上风机整体结构动力响应有限元求解模型海上风机在静力状态下结构竖直，长度为l、桩基的线密度为风机材料的弹性模量为E，横截面惯性矩是I，截面抗弯刚度为EI，将风机叶片与机舱等上部结构视为集中质量；由于风机结构横纵比小，采用有限元方法应用Euler-Bernoulli梁单元离散风机结构，建立风机结构线弹性有限元模型；分布参数体系满足如下的运动微分方程： 式中，X、分别表示风机结构在z高度处的位移、速度、加速度，c为结构阻尼，ft,z为风机结构单位长度所受的波浪荷载；海上风机顶部和底部均无约束，满足的边界条件如下： 海上风机结构采用标准的四自由度梁单元进行离散，单元中每个节点有两个自由度；采用Galerkin有限单元法将权函数取为插值函数，建立加权余量的积分方程并求解；对每个单元进行积分可以得到单元质量阵、单元刚度阵： 将风机单位长度所受的波浪荷载ft,z转换为单元等效节点荷载，并将单元矩阵组装到整体矩阵，即可获得风机系统整体结构动力响应的时域微分方程如下： 式中，X、为有限元模型中节点位移、速度、加速度组成的列向量；MG、CG和KG分别是整体质量、阻尼和刚度矩阵，结构阻尼矩阵CG采用瑞利阻尼矩阵形式，即阻尼阵由刚度阵和质量阵线性叠加得到：CG＝αMG+βKG5式中，阻尼系数α＝2ξω1ω2ω1+ω2，β＝2ξω1+ω2，ξ是阻尼比，ω1和ω2是风机结构前两阶振动频率；Ftotal为每个时刻将前述第二步、第三步、第四步计算得到的波浪荷载、空气动力荷载以及土荷载，将其转化为风机有限元模型的等效节点荷载，并进行组装形成的荷载列向量；5.2通过逐步积分法数值求解海上风机整体结构动力响应将风机整体结构动力响应时域微分方程式34在时域离散，转化为对时间的差分格式，根据前一时刻t－Δt的响应量，以及t时刻的结构荷载，采用高精度的数值积分方法逐步求出t时刻的响应量；完成时间积分，即可求解t时刻的各节点处的位移、速度和加速度，并将其传递给对应的荷载计算模块，周而复始，直到结束；5.3输出每个时刻的风机整体结构动力响应，并对结果进行分析找到极值响应及其对应的时间，为海上风机实际工程设计提供高效、精确的分析手段。

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