本發(fā)明涉及水下工程，尤其涉及用于水中承臺模塊化裝配的裝配優(yōu)化分析方法。

背景技術：

1、在水中承臺的建設過程中，模塊化裝配技術因其高效性和便捷性得到了廣泛應用。模塊化裝配能夠將大型的承臺結構分解為多個預制模塊，先在陸地上進行精確制造，再在水下進行拼裝。這種方法不僅簡化了施工工序，還減少了水下作業(yè)時間，提高了整體施工效率。然而，水下環(huán)境復雜多變，受水流、潮汐、溫度變化及生物附著等因素影響較大，如何確保模塊在水中裝配過程中的精確性、結構的穩(wěn)定性以及長期使用的耐久性，成為工程設計和施工中的重要課題。

2、現(xiàn)有的水中承臺模塊化裝配技術在實踐中仍存在一些問題。一方面，裝配過程中由于缺乏實時的受力監(jiān)測和有效的裝配順序優(yōu)化，可能導致結構在裝配過程中發(fā)生應力集中、變形或局部過載，影響承臺的整體穩(wěn)定性和安全性，另一方面，現(xiàn)有技術往往對環(huán)境適應性考慮不足，缺乏對水域環(huán)境的全面分析，導致承臺在長期使用中容易受到腐蝕、沖刷和生物附著的影響，降低了結構的耐久性和安全性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了用于水中承臺模塊化裝配的裝配優(yōu)化分析方法。

2、用于水中承臺模塊化裝配的裝配優(yōu)化分析方法，包括以下步驟：

3、s1，構件模塊化設計：根據(jù)水中承臺的幾何形狀和結構要求，設計出多個預制模塊構件，各模塊構件通過預埋件、連接器或鎖扣結構相互連接；

4、s2，水下定位系統(tǒng)的建立：在水中裝配區(qū)域布設定位標志點，結合gps定位系統(tǒng)、聲學定位和水下激光掃描技術，建立三維坐標系，以便對模塊在水下的安裝位置進行實時監(jiān)控與調整；

5、s3、模塊裝配順序優(yōu)化：基于承臺的結構特性及施工工藝要求，優(yōu)化模塊的裝配順序，采用有限元分析法模擬不同裝配順序下承臺的受力狀態(tài)和變形情況，并結合施工工期與成本考慮，確定最優(yōu)裝配順序；

6、s4、水下裝配工藝的制定：根據(jù)模塊化構件的特性和水中環(huán)境，制定適合的水下裝配工藝，包括模塊的浮力調整、下沉速度控制以及模塊與基礎結構的對接方式；

7、s5、裝配過程中的受力監(jiān)測與分析：在模塊裝配過程中，通過安裝在模塊和基礎結構上的傳感器實時監(jiān)測節(jié)點受力情況，并利用有限元模型對裝配過程中的應力分布、結構變形和連接強度進行分析，及時調整裝配策略，避免結構過載或局部應力集中；

8、s6、裝配后整體結構的優(yōu)化分析：模塊裝配完成后，利用三維掃描技術對承臺進行整體測量，并結合數(shù)值模擬與實驗驗證，分析裝配后的承臺結構性能；

9、s7、環(huán)境適應性評價與調整：根據(jù)水中承臺的使用環(huán)境，進行環(huán)境適應性分析，評估承臺在長期使用中受到的腐蝕、沖刷和生物附著的影響，提出相應的防護措施和維護方案。

10、可選的，所述s1具體包括：

11、s11，根據(jù)水中承臺的幾何形狀和結構特性，對承臺進行分析，確定模塊化構件的尺寸和形狀；

12、s12，設計連接方式，連接方式包括使用預埋件、連接器或鎖扣結構，確保各模塊構件在水中穩(wěn)固連接，考慮水中環(huán)境中的特殊條件(如水壓、流速等)，選擇適應性強的材料，包括不銹鋼、復合材料和高密度聚乙烯；

13、s13，設計抗浮力措施，包括在模塊構件內部或外部設置配重塊、使用抗浮力材料(如金屬顆?；旌衔?或結構(如排水孔設計或負浮力艙)，防止模塊構件在水中浮起或偏移，確保每個模塊在下水后能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)；

14、s15，考慮模塊在長期浸水和受到生物附著、腐蝕情況下的耐久性，選擇適合水下環(huán)境的材料(如不銹鋼)和防護涂層(如聚氨酯涂層或聚脲涂層)，并在設計中預留必要的維護和更換接口。

15、可選的，所述s2具體包括：

16、s21，在預定的裝配區(qū)域內均勻布設多個定位標志點，定位標志點根據(jù)水下環(huán)境的特性選擇，定位標志點包括反光標志點、聲學反射器或發(fā)光標志點；

17、s22，在預定的裝配區(qū)域岸邊或浮動平臺上安裝gps基站，利用gps系統(tǒng)對每個水下定位標志點的三維坐標進行測量和記錄，將測得的坐標數(shù)據(jù)作為水下裝配的初始參考坐標；

18、s23，在水下裝配區(qū)域布置多個聲學信標，通過水下傳感器實時接收和發(fā)送聲波信號，獲取聲學定位數(shù)據(jù)；

19、s24，在施工船或潛水器上安裝水下激光掃描儀，裝配過程中，啟動激光掃描儀，對裝配區(qū)域進行連續(xù)掃描，獲取實時的三維坐標數(shù)據(jù)；

20、s25，根據(jù)初始參考坐標、聲學定位數(shù)據(jù)和三維坐標數(shù)據(jù)，建立三維坐標系，作為水下裝配的基準。

21、可選的，所述s3具體包括：

22、s31，通過對承臺整體結構的靜態(tài)和動態(tài)受力分析，識別在裝配過程中出現(xiàn)的關鍵受力點；

23、s32，結合施工現(xiàn)場的環(huán)境條件(如水流、潮汐、天氣變化等)，分析環(huán)境條件對裝配順序的影響；

24、s33，根據(jù)承臺的設計圖紙和實際施工條件，建立有限元模型，基于有限元模型，使用有限元分析法對多種裝配順序進行模擬，比較每種順序下承臺的受力狀態(tài)和變形情況；

25、s34，根據(jù)不同裝配順序的模擬結果，結合工期分析，評估每種裝配順序的成本效益，包括人力、材料和設備的使用成本；

26、s35，根據(jù)有限元分析的受力與變形結果，以及工期和成本的綜合考慮，確定最優(yōu)的模塊裝配順序。

27、可選的，所述s4具體包括：

28、s41，根據(jù)模塊的體積、密度及水中環(huán)境，計算每個模塊的浮力和重力，在模塊內部或外部添加適量的配重塊或通過注入水和排出水的方法調整浮力；

29、s42，根據(jù)模塊的浮力和水下環(huán)境(如水流、潮汐等)，計算出最佳下沉速度，采用液壓系統(tǒng)或牽引裝置，調節(jié)模塊下沉速度，使模塊勻速且可控地達到預定深度；

30、s43，根據(jù)模塊與基礎結構的連接要求，設計合適的對接方式(如插接、鎖扣、螺栓固定等)；

31、s44，在裝配過程中，根據(jù)建立的三維坐標系實時監(jiān)測模塊的裝配位置和姿態(tài)，確保模塊安裝符合設計坐標；

32、s45，在裝配完成后，進行整體結構的全面檢查，確保所有模塊安裝到位且連接牢固，若發(fā)現(xiàn)偏差，立即采取補救措施進行調整。

33、可選的，所述s5具體包括：

34、s51，通過安裝在模塊和基礎結構上的傳感器，實時監(jiān)測節(jié)點受力情況，獲取受力數(shù)據(jù)，傳感器包括應變片和壓力傳感器；

35、s52，配置實時數(shù)據(jù)采集單元，通過有線或無線通信方式將傳感器的數(shù)據(jù)實時傳輸至中央控制系統(tǒng)，在裝配過程中，持續(xù)監(jiān)控傳感器采集的數(shù)據(jù)，實時顯示各節(jié)點的受力狀態(tài)和變化趨勢；

36、s53，根據(jù)傳感器采集的實時受力數(shù)據(jù)，基于有限元模型對模塊和基礎結構的應力分布和結構變形情況進行實時分析；

37、s54，通過應力分布和結構變形情況的分析，識別裝配過程中會出現(xiàn)的異常情況，異常情況包括局部過載、應力集中或不均勻變形，根據(jù)分析結果，調整裝配策略，如改變裝配順序、增加臨時支撐或調整模塊位置；

38、s55，結合實時監(jiān)測的受力數(shù)據(jù)和基于有限元模型的分析結果，進行裝配過程的整體安全性評估。

39、可選的，所述s6具體包括：

40、s61，在承臺裝配完成后，啟動激光掃描儀，對承臺的整體結構進行全面的掃描，獲取三維坐標數(shù)據(jù)，將三維坐標數(shù)據(jù)導入三維建模軟件，生成承臺的三維數(shù)字模型；

41、s62，基于掃描生成的三維數(shù)字模型，結合實際施工中的載荷條件和環(huán)境條件，建立承臺的數(shù)值模擬模型，考慮各種工況(如水流、潮汐、載荷變化等)對結構性能的影響，利用數(shù)值模擬技術，分析裝配后的承臺在不同工況下的應力分布、結構變形和連接強度，將模擬結果與裝配前的設計數(shù)據(jù)進行對比，驗證實際裝配是否達到了設計預期；

42、s63，根據(jù)數(shù)值模擬結果，制定針對性實驗方案，包括局部加載實驗、振動測試或水下疲勞試驗，驗證承臺結構在實際條件下的性能表現(xiàn)；

43、s64，綜合三維坐標數(shù)據(jù)、數(shù)值模擬結果和實驗結果，對裝配后的承臺整體性能進行評估，評估結構的穩(wěn)定性、耐久性和安全性，根據(jù)評估結果，實施優(yōu)化措施。

44、可選的，所述s7具體包括：

45、s71，收集承臺所在水域的環(huán)境數(shù)據(jù)，包括水質成分(如鹽度、酸堿度)、水流速度、潮汐變化、溫度和生物活性，基于收集的數(shù)據(jù)，分析環(huán)境因素(如腐蝕、沖刷和生物附著)對承臺結構的長期影響；

46、s72，利用加速腐蝕實驗或電化學模擬測試承臺材料在特定水質(如高鹽度)條件下的耐腐蝕性能，評估不同材料或涂層在長期使用中的腐蝕速率，通過水動力學模擬或現(xiàn)場試驗，分析水流對承臺基礎和周邊泥沙的沖刷作用，識別可能導致結構暴露或基礎不穩(wěn)的區(qū)域；

47、s73，在模擬環(huán)境中進行生物附著實驗，評估承臺材料在水中環(huán)境下的生物附著情況，特別是貝類、藻類等生物對承臺表面的影響，根據(jù)測試結果，制定防止或減緩生物附著的措施，如選擇抗生物附著涂層或定期清除方案，以減少生物附著對承臺結構的影響；

48、s74，根據(jù)腐蝕和生物附著的評估結果，選擇耐腐蝕性強的材料，并設計防護涂層，以增強承臺的環(huán)境適應性。

49、可選的，所述s33中根據(jù)承臺的設計圖紙和實際施工條件，建立有限元模型，具體包括：

50、s331，使用有限元前處理軟件(如ansys、abaqus或hypermesh)，導入承臺的設計圖紙并創(chuàng)建幾何模型；

51、s332，在前處理軟件中，為模型中的各個構件定義材料屬性，包括彈性模量、泊松比和密度；

52、s333，選擇適合承臺結構的網(wǎng)格類型(如三角形、四面體或六面體單元)，并對幾何模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分完成后，生成有限元模型；

53、s334，根據(jù)實際施工條件，在生成的有限元模型上施加邊界條件，如固定、鉸接或滑動支座，模擬承臺的支撐和約束情況，并考慮施工順序對結構力學行為的影響；

54、s335，根據(jù)設計圖紙和施工現(xiàn)場的實際情況，施加載荷條件，如模塊自重、水壓、浮力等，確保這些載荷條件能夠準確反映承臺在施工過程中所受的力。

55、可選的，所述s71中收集承臺所在水域的環(huán)境數(shù)據(jù)，具體包括：

56、水質成分數(shù)據(jù)收集：在承臺周圍不同深度和位置定期采集水樣，將采集的水樣送至實驗室進行分析，測定水質參數(shù)，水質參數(shù)包括鹽度(通過電導率測定)、ph值、溶解氧含量和營養(yǎng)鹽(如硝酸鹽、磷酸鹽)；

57、水流速度數(shù)據(jù)收集：使用流速計在不同潮汐階段和時間段對承臺周圍水域的水流速度和流向進行測量，獲取水流速度數(shù)據(jù)；

58、潮汐變化數(shù)據(jù)收集：在承臺所在水域安裝潮位計或浮標，實時記錄潮位高度，監(jiān)測潮汐周期、漲潮和退潮速度，獲取潮汐變化數(shù)據(jù)；

59、水溫數(shù)據(jù)收集：使用ctd探頭(集成電導率-溫度-深度傳感器)在不同深度和時間段測量水溫，獲取溫度剖面數(shù)據(jù)；

60、生物活性數(shù)據(jù)收集：在承臺周邊水域采集浮游生物和底棲生物樣品，進行實驗室分類和數(shù)量分析，了解生物種類和豐度，部署水下攝像設備或生物傳感器，實時監(jiān)測水域中的生物活動，獲取生物活性數(shù)據(jù)。

61、本發(fā)明的有益效果：

62、本發(fā)明，通過優(yōu)化的裝配順序和水下裝配工藝的制定，結合有限元分析和實時受力監(jiān)測，能夠在裝配過程中保證各模塊的精確對接和穩(wěn)固連接，利用傳感器實時監(jiān)測受力情況，并結合有限元模型對應力分布和結構變形進行動態(tài)分析，能夠及時調整裝配策略，防止結構過載和局部應力集中，確保承臺在裝配過程中的結構穩(wěn)定性和安全性。

63、本發(fā)明，通過對承臺所在水域的環(huán)境數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)收集和分析，包括水質、水流、潮汐、溫度及生物活性等因素，能夠為承臺的防腐蝕設計、抗沖刷結構和防生物附著涂層的選擇提供科學依據(jù)，進一步結合數(shù)值模擬和實驗驗證，對裝配后的承臺進行優(yōu)化分析和結構調整，有效提高了承臺在復雜水下環(huán)境中的適應性和長期耐久性，延長其使用壽命。

64、本發(fā)明，通過提前識別和規(guī)避環(huán)境及結構風險，減少了潛在的施工延誤和材料浪費，同時確保承臺在實際運營中的穩(wěn)定性與安全性，通過全方位的優(yōu)化和實時監(jiān)測，不僅提高了施工效率，還顯著降低了維護成本，整體提升了工程的經(jīng)濟效益。