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申请/专利权人：东北石油大学三亚海洋油气研究院

摘要：本公开提供了一种用于海上钻机井架安全评估的数字孪生系统及其构建方法，涉及海洋工程设备安全评估技术领域，方法包括：根据海上钻机井架的基础数据，建立有限元模型；根据传感器布置策略及实测模态数据，建立测试模型；将测试模型和有限元模型进行几何与模态相关性分析，使测试模型和有限元模型进行融合；基于实测模态数据，对融合后的有限元模型进行模态修正，得到初始数字孪生系统；基于实测应变数据和实测载荷数据，对初始数字孪生系统进行应变修正，得到中间数字孪生系统；对中间数字孪生系统进行决策优化，得到目标数字孪生系统。应用本公开的方法获得的用于海上钻机井架安全评估的目标数字孪生系统可以对井架进行精准的安全评估。

主权项：1.一种用于海上钻机井架安全评估的数字孪生系统的构建方法，其特征在于，所述方法包括：根据海上钻机井架的基础数据，建立有限元模型，所述基础数据包括尺寸、结构以及材料属性；根据传感器布置策略及实测模态数据，建立测试模型；将所述测试模型和所述有限元模型进行几何与模态相关性分析，使所述测试模型和所述有限元模型进行融合；基于所述实测模态数据，对融合后的有限元模型进行模态修正，得到初始数字孪生系统；基于实测应变数据和实测载荷数据，对所述初始数字孪生系统进行应变修正，得到中间数字孪生系统；对所述中间数字孪生系统进行决策优化，得到目标数字孪生系统；其中，所述基于所述实测模态数据，对融合后的有限元模型进行模态修正，得到初始数字孪生系统，包括：对融合后的有限元模型进行模态分析，得到所述井架的模拟模态数据，所述模拟模态数据包括频率和振型；对有限元模型进行灵敏度分析，确定待修正参数；基于所述实测模态数据和所述模拟模态数据对所述融合后的有限元模型中的待修正参数进行模态修正，得到初始数字孪生系统；所述基于实测应变数据和实测载荷数据，对所述初始数字孪生系统进行应变修正，得到中间数字孪生系统，包括：对所述初始数字孪生系统中的有限元模型进行静力分析，确定所述井架的模拟应变数据；对所述实测应变数据进行数据扩展，得到所述井架上所有杆件和节点的预测应变数据；基于所述预测应变数据、所述实测载荷数据和所述模拟应变数据对所述初始数字孪生系统进行应变修正，得到中间数字孪生系统；所述根据海上钻机井架的基础数据，建立有限元模型，包括：根据海上钻机井架的基础数据，建立所述海上钻机井架的初始几何模型；基于所述初始几何模型，利用梁单元建立整体全尺度模型；对所述整体全尺度模型进行静力分析，确定关键承载构件；针对关键承载构件，利用实体单元建立细观小尺度模型；将所述细观小尺度模型嵌入到所述整体全尺度模型中，得到融合模型；对所述融合模型进行静力分析，确定关键承载细节；针对所述关键承载细节，建立细观损伤尺度模型；将所述细观损伤尺度模型嵌入到所述融合模型中，得到有限元模型；所述根据传感器布置策略及实测模态数据，建立测试模型，包括：基于所述有限元模型，通过模态置信准则和有效独立法，优化振动传感器的数量和位置，确定振动传感器布置策略；基于所述有限元模型，通过应力分布，确定应力传感器布置策略；根据井架的顶部位置和死绳位置，确定载荷传感器布置策略；根据所述振动传感器布置策略、所述应力传感器布置策略、所述载荷传感器布置策略及实测模态数据，建立测试模型；所述将所述测试模型和所述有限元模型进行几何与模态相关性分析，使所述测试模型和所述有限元模型进行融合，包括：将所述测试模型的测点与所述有限元模型的节点进行匹配，确定有限元模型中与测试模型的测点对应的特定节点；对测试模型中的测点和有限元模型中的特定节点进行自由度匹配，得到确定自由度匹配关系的有限元模型；对测试模型和所述确定自由度匹配关系的有限元模型进行模态振型匹配，实现所述测试模型和所述有限元模型的融合；所述对所述中间数字孪生系统进行决策优化，得到目标数字孪生系统，包括：确定所述中间数字孪生系统的分布函数，所述分布函数表征有限元模型中偶然不确定性和认知不确定性的来源；基于所述分布函数，生成疲劳损伤分布；确定所述疲劳损伤分布的平均值和标准差；根据所述疲劳损伤分布的平均值和标准差以及应力幅值分布，建立概率模型；基于所述概率模型对所述中间数字孪生系统进行决策优化，得到目标数字孪生模型。

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权利要求：

百度查询： 东北石油大学三亚海洋油气研究院 用于海上钻机井架安全评估的数字孪生系统及其构建方法