一种混塔风机基础混凝土温度与温度应力预测方法及系统与流程

本发明涉及工程智能算法领域，尤其是一种混塔风机基础混凝土温度与温度应力预测方法及系统。

背景技术：

1、风机基础属于典型的大体积混凝土工程，虽在尺寸上和大坝有很大差距，但由于其厚度较大且所使用的混凝土强度高、水泥用量大，浇筑早期因水化热引起的温度场特征复杂，容易产生较大的温度应力。而陆上风机由于其结构的特殊性，多将基础埋设于地表以下，温度裂缝在运行期间不易被发现，使得对风机基础混凝土温度裂缝关注较少。

2、实际工程项目中，风机基础混凝土的裂缝经常发生，裂缝产生和防治的机理也没有得到深入的研究。若在风机基础施工阶段不采取相应的温控措施，产生的温度裂缝将会造成基础承载力的减弱，对风电机组的安全运行造成威胁。在以往的风电项目施工中由于风机基础体型小、在整个风机项目中投资占比少等原因，工程师们多采用估算的方法确定混凝土的产热量，并依此来选择相应的温控措施，极大的影响了温控效果的准确性。大体积混凝土的温控防裂并不是一项简单的施工工序问题，它需要采用多种措施和方法才能达到温控防裂效果。而目前计算混凝土温度应力场的主要方法为有限元计算法，该方法需要计算者使用有限元计算程序进行数学建模并编写计算程序，步骤繁琐，计算时间也较长，计算效率不能满足施工期短、建造数量多的大型风电机组基础的要求。

3、鉴于此，迫切需要一种数据驱动的智能预测方法，

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种混塔风机基础混凝土温度与温度应力预测方法及系统，对施工参数和材料参数进行敏感度分析，构建混塔风机基础温度与温度应力预测模型，利用优化算法对预测结果进行优化，能够快速且高效地获取风机基础温控防裂最优参数，以便优化施工方案，从而提高工程质量。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种混塔风机基础混凝土温度与温度应力预测方法，所述方法包括如下步骤： 获取类似工程案例的混塔风机材料热力学参数和施工工艺参数，并选择混塔风机基础评价参数；基于相关规范确定参数取值范围，设计计算方案，建立混塔风机基础有限元模型并进行参数敏感性分析，评估温度应力的关键影响因素；根据温度应力敏感性分析结果，采用正交试验设计选取关键参数组合，通过大规模有限元计算生成风机基础混凝土的温度-应力模拟数据样本集；依据所述模拟数据样本集，建立温度与温度应力预测模型，获得风机基础混凝土的温度及温度应力预测结果，进而实现裂缝风险动态预警与施工质量评估；建立约束条件，基于混塔风机基础温度与温度应力预测结果调整相关参数，获取最优施工参数解集。本发明通过获取混塔风机基础施工参数与材料参数、建立有限元模型并进行参数敏感性分析、构建数据样本集、建立预测模型，提高了混塔风机基础温度与温度应力的预测准确性，并基于预测结果，筛选最优施工参数，提高混凝土施工质量，显著提升混塔风机基础的整体工程性能。

3、可选地，所述获取类似工程案例的混塔风机材料热力学参数和施工工艺参数，并选择混塔风机基础评价参数，包括：所述混塔风机基础外形尺寸参数包括：基础直径、圆盘厚度最小值、圆盘厚度最大值、中墩直径、中墩高度、张拉室直径最大值、张拉室直径最小值，张拉室高度。所述材料热力学参数包括所述混塔风机基础所浇筑的混凝土和所处施工地区土体的热学参数和力学参数，所述混凝土热学参数包括混凝土导热系数、混凝土导温系数、混凝土密度、混凝土比热容、混凝土绝热温升，所述混凝土力学参数包括混凝土弹性模量、混凝土线膨胀系数、混凝土泊松比，所述土体热学参数包括土体导热系数、土体密度，所述土体力学参数包括土体弹性模量、土体泊松比、土体线膨胀系数；所述施工工艺参数包括所述混塔风机基础混凝土施工条件参数、工程防裂参数和所处施工地区外界环境参数，所述施工条件参数包括所述混塔风机基础混凝土入模温度、施工间隔，所述工程温控防裂参数包括保温层厚度、保温时间、冷却水管通水温度、冷却水管间隔、冷却水管长度，所述施工外界参数包括所述混塔风机基础所处地区多年平均风速、多年平均气温、多年气温年较差；所述混塔风机基础评价参数包括所述结构应力场参数和结构温度场参数，所述结构应力场参数包括：基础内部最大应力、基础顶面最大应力、基础基底最大应力，所述结构温度场参数包括：基础内部最高温度、基础最大降温速率、基础最大内外温差。本发明通过收集类似工程案例的混塔风机基础材料热力学参数和施工工艺参数，为后续分析提供了全面且准确的数据支持，有助于提高预测准确性、优化施工参数、提升施工效率，在大体积混凝土温控防裂和结构耐久性提升等场景中展现出显著的应用价值。

4、可选地，所述基于相关规范确定参数取值范围，设计计算方案，建立混塔风机基础有限元模型并进行参数敏感性分析，评估温度应力的关键影响因素，包括：建立混塔风机基础有限元模型，包括预计算温度模型、正式计算温度模型、正式计算温度应力模型，从而进行数值模拟；基于所述混塔风基础评价参数对所述材料热力学参数、施工外界环境参数、施工条件参数和工程温控防裂参数进行全局敏感度分析，确定温度与温度应力的主导影响参数。本发明通过建立混塔风机基础有限元模型，并进行影响参数敏感度分析确定温度与温度应力主导影响参数，有效预防风机基础混凝土温度裂缝的产生，为材料优选和结构设计优化提供理论依据，对工程实践具有重要指导意义。

5、可选地，所述根据温度应力敏感性分析结果，采用正交试验设计选取关键参数组合，通过大规模有限元计算生成风机基础混凝土的温度-应力模拟数据样本集，包括：基于所述类似历史工程案例中的施工工艺参数统计特征，确定敏感性参数的取值区间，构建用于有限元分析的模拟测试案例集；根据所述模拟测试案例集开展大规模有限元计算，获得所述混塔风机基础评价参数作为所述模拟数据样本集。本发明通过划定参数取值区间并扩展构建模拟测试案例，获取评价参数作为模拟数据样本集，有效提高了计算效率，同时能够全面评估不同施工参数组合对成混塔风机基础混凝土温度与温度应力的影响，通过正交试验揭示了参数间的交互作用，优化参数组合，提升温控防裂效果，此外，数值模拟模型为后续实际施工提供了精准的数据支持和决策依据，增强了施工方案的适应性和有效性。

6、可选地，所述依据所述模拟数据样本集，建立温度与温度应力预测模型，获得混塔风机基础混凝土的温度及温度应力预测结果，进而实现裂缝风险动态预警与施工质量评估，包括：将所述模拟数据样本集进行归一化处理得到归一化数据；获取所述混塔风机基础温度与温度应力预测模型的初始化参数；基于所述样本集，采用遗传算法对预测模型的超参数组合进行自动寻优，获得使预测误差最小化的最优超参数配置，构建所述混塔风机基础温度与温度应力预测模型；将所述混塔风机基础温度与温度应力预测模型的输出结果实时比对对应龄期混凝土抗拉强度设计值、规范允许的最大降温速率限值和最大内外温差限值，基于比对结果生成裂缝风险等级预警信号并输出施工质量评估报告，其中所述比对包括当预测应力超过抗拉强度设计值时触发一级警报、当降温速率超过规范限值时或触发二级警报以及当内外温差超过规范限值时触发三级警报。本发明通过数据归一化处理消除了不同量纲和数量级的影响，提高了模型收敛速度和预测精度；构建混塔风机基础温度与温度应力预测模型，并通过模型训练和验证获取最优超参数组合，提高了预测性能。

7、可选地，所述建立约束条件，基于混塔风机基础温度与温度应力预测结果调整相关参数，获取最优施工参数解集，包括：将所述混塔风机基础评价参数作为所述约束条件，包括：

8、

9、其中，和为约束条件，为基于混塔风机基础温度与温度应力预测模型获得的最大拉应力，为拉应力出现龄期的混凝土抗拉强度，为基于混塔温度与温度应力预测模型获得的最大温差或最大降温速率，为施工规范允许温度限值。本发明基于温度场和温度应力预测结果，筛选出符合约束条件的绝热温升与保温层厚度组合，确保混塔风机基础满足温控防裂要求，形成可行施工参数解集，为混塔风机基础施工提供精准的数据支持。

10、第二方面，本发明提供了一种混塔风机基础混凝土温度与温度应力预测系统，所述系统执行本发明提供的混塔风机基础混凝土温度与温度应力预测方法，所述系统包括输入设备、输出设备、处理器和存储器，其增益在于：本发明所集成的硬件设施拥有优良的性能，所述输入设备、输出设备、处理器和存储器之间相互连接，各个部件间信息传递流畅，通过多个硬件设施交互作用，构建起一个高效的信息处理系统。本发明动态监测混塔风机基础施工过程，实时反馈并调整施工参数，确保结构完整性，提升风机基础结构的智能化水平。