基于 INSGA-II 的等效水深截断系泊系统优化设计

深海平台混合模型试验的首要任务是等效水深截断系统的优化设计,其目的是以截断水深系统替代全水深系统进行试验。等效水深截断系统相比全水深系统其工作水深和跨度较小,但其它特性两者应保持一致。文章以工作在304 m 水深的10万吨内转塔式系泊 FPSO 为例,截断水深为76 m,采用改进的非支配排序遗传算法（INSGA-II）对等效水深阶段系统进行了优化计算,同时考虑了总系泊系统水平和垂直两个方向以及具有代表性的单根系缆的静力特性。此实验数值结果表明,所采用的数学模型、优化方法是行之有效的。     

水深截断系泊缆动力特性试验研究

采用Froude相似准则和常规缩尺比在现有试验水池很难对深水系泊缆进行完整模拟.一种可行的方法是对全水深系泊缆进行截断,设计静力和动力特性都与全水深系泊系统等效的水深截断系泊系统.但是如果深水平台的工作水深很大,或者是现有水池的工作水深很浅,就需要对全水深系泊缆进行较大的截断.文章对一工作在15OOm 水深的Cell-Tress Spar平台在现有4m水深的水池进行了模型试验.虽然采用了1:100的模型缩尺比,但是截断因子仍然较大.文中给出了6种水深截断系泊缆方案,主要参数均各不相同.通过单缆模型试验对水深截断系泊缆的动力特性进行了研究,并采用其中2种水深截断系泊缆进行了不规则波模型试验.结果表明,增大直径和单位长度空气中重量可以有效增加水深截断系泊缆的动力响应,合理控制轴向刚度可以保证在整个位移范围内的动力响应变化趋势.因此认为,如果合理地选择了水深截断系泊缆的所有参数,较好模拟全水深系泊缆的动力响应是可能的.     

FPSO和外输系统的模型试验截断技术研究

以"FPSO+外输油管+外输浮筒+穿梭油轮"的开发模式为研究对象,在西非1700m水深条件下,进行了FPSO及其外输系统的模型试验方法研究。基于静力相似和动力相似准则对外输油管进行了等效设计,提出了一种新型的外输油管模型试验等效设计方法;基于静力相似准则,对FPSO多点系泊系统在0°至180°的环境方向下进行了等效水深和等效水平刚度的截断设计,并对其进行静力优化;同时为避免FPSO和外输浮筒的系泊系统之间的干涉影响,对外输浮筒系泊系统进行了水平等效设计;在此基础上设计了模型试验方案。然后分别对截断前与截断后的"FPSO+外输油管+外输浮筒+穿梭油轮"全系统进行了时域耦合分析,对比发现截断前与截断后计算结果吻合良好,验证了该模型试验方案设计的可行性。     

等效水深截断系统优化设计问题的新求解方法

考虑总系泊系统水平和垂直两个方向的恢复力以及具有代表性的单根系泊缆静力等特性进行等效水深截断系统优化设计,以替代全水深系统进行混合模型试验.在使用混合离散变量模拟退火方法时提出了一种"接力棒"寻优方式,若每棒寻优结束后变量到达上限或者下限时,须扩大上限或缩小下限.以工作水深为320m的10万吨内转塔式系泊FPSO作为研究对象,其截断水深为80m进行等效水深截断系统优化设计计算.数值试验结果表明,截断系统设计是成功和有效的.     

FPSO单点系泊系统动力截断优化设计

浮体系泊系统在海洋工程水池进行模型试验时，由于水池尺度有限，首先对系泊线进行等效截断设计，是被动式混合模型试验的重要一步。截断设计时，基于细长杆理论，模拟系泊线的非线性动力特性，将计算所得时域内的系泊力转换到频域响应，选择有代表性的频率及响应建立目标函数，结合NSGA II优化算法，确定最优截断系泊参数，计算快速准确。针对一作业水深420m的FPSO单点系泊系统，进行水平截断设计。截断前后系泊系统和单根系泊线的静力特性吻合很好。截断系泊系统在不同环境载荷作用下的总体响应和系泊动力，都与截断前一致。证明了截断设计的合理性和准确性，为后续的模型试验工作打下了基础。     

内转塔式系泊FPSO模型试验研究

对一工作水深为375m的60万桶转塔式系泊FPSO系统(Floating Production，Storageand Offloading System)进行了模型试验研究。由于试验水池的尺度限制，采用了混合模型试验技术对该FPSO的系泊系统进行了等效水深截断处理，并在时域中对截断系统进行了数值重构计算。对试验和数值重构计算得出的若干水动力响应的统计值和功率谱进行了比较，结果显示两者符合得很好。     

考虑静力特性相似的等效水深截断系统的优化设计

主要考虑静力特性相似进行了深海平台混合模型试验中的等效水深截断系统优化设计研究。优化方法选用混合离散变量模拟退火法和离散复合形法,目标函数为截断系统和原系统的静力特性相似程度,通过选取适当的设计准则,能在一定程度上减小截断系统与全水深系统动力特性之间的差异。建立了锚泊线材质数据库,以锚泊线材质名和直径作为关键字。在计算锚泊系统静力特性时,先用四阶龙格库塔法求解单根锚泊线的静力特性,然后通过拉格朗日插值法求解总系泊系统的静力特性。采用C 语言基于面向对象方法开发了计算机程序。具体优化计算时,先分别用两种优化法计算出相应的结果,然后选取较好的一个作为最终结果。以一个工作水深为320m的10万t内转塔式系泊FPSO为例,进行了等效水深截断系统优化设计计算,截断水深选为160m,并选取几个典型工况对截断系统和全水深系统都进行了缩尺比为λ=80的模型试验,比较两者的试验结果发现,截断系统设计是成功的。     

内转塔式系泊FPSO模型试验研究

对一工作水深为375 m的60万桶转塔式系泊FPSO系统(Floating Production,Storage and Offloading System)进行了模型试验研究.由于试验水池的尺度限制,采用了混合模型试验技术对该FPSO的系泊系统进行了等效水深截断处理,并在时域中对截断系统进行了数值重构计算.对试验和数值重构计算得出的若干水动力响应的统计值和功率谱进行了比较,结果显示两者符合得很好.     

基于混合模型试验技术的中等水深FPSO系统水动力性能研究

对一工作水深为375m的中等水深FPSO系统的水动力性能进行了模型试验研究和数值计算.采用了混合模型试验技术进行等效水深截断系泊系统的模型试验并在时域中进行了数值重构计算.对试验和数值重构计算得出的水动力响应的统计值、功率谱和RAO等进行了比较,结果显示两者符合得很好.最后,对全水深实际系泊系统的FPSO进行了时域数值模拟计算,预报了该FPSO系统在几种环境条件下的水动力响应情况.     

深海平台复合单系泊缆形状和张力分析

以一工作水深为310 m的转塔式浮式生产存储系统为例研究了复合单系泊缆索静力特性的计算方法,用C++编写了基于悬链线方程式的深海平台系泊缆形状和张力的分析计算程序,计算并分析了复合单缆在无浮筒重物、只有浮筒、只有重物、既有浮筒又有重物四种情况下的形状和张力,为动力计算提供条件。本方法简单直观,并且完成一次计算所耗时间不到1 s,特别适合于需要多次迭代计算复杂系泊系统静力特性的等效水深截断系统优化设计。     

基于INSGA-Ⅱ的等效水深截断系统优化设计(英文)

At present,equivalent water depth truncated mooring system optimization design is regarded as the priority of hybrid model testing for deep sea platforms,and will replace the full depth system test in the future.Compared with the full depth system,the working depth and span are smaller in the truncated one,and the other characteristics maintain more consistency as well.In this paper,an inner turret moored floating production storage & offloading system(FPSO) which works at a water depth of 320m,was selected to be a research example while the truncated water depth was 80m.Furthermore,an improved non-dominated sorting genetic algorithm(INSGA-II) was selected to optimally calculate the equivalent water depth truncated system,considering the stress condition of the total mooring system in both the horizontal and vertical directions,as well as the static characteristic similarity of the representative single mooring line.The results of numerical calculations indicate that the mathematical model is feasible,and the optimization method is fast and effective.     

深水SPAR平台截断技术研究(英文)

To solve the dimensional limitations of physical models in tests, an equivalent water depth truncated design for a classical SPAR working in 913 m water was investigated. The water depth was reduced to 736m and then to 552m. As this was done, the mooring line lengths, EA value, and mass per meter were adjusted. Truncation rules and formulas for parameters and truncation factors were proposed. SPAR static characteristics were made to be consistent with those at full water depth. Then further time-domain coupled analysis was carried out for the SPAR when the mooring system experienced waves. The mooring lines were simulated by quasi-static method. Global responses and mooring line forces were found to agree well with test results for a prototype at that water depth. The truncation method proved to be robust and reliable.     

新型FDPSO涡激运动试验研究

以一座工作水深为1500m的新型深吃水变截面多立柱式FDPSO为研究对象,对其在300m等效截断水深锚泊系统系泊时的涡激运动特性开展了模型试验研究.模型试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验中进行,缩尺比取为1:80.本文重点对不同工况下平台的横向涡激运动、响应谱和运动轨迹进行了系统性研究.研究结果表明:平台的横向运动频率未出现典型"锁定"现象,而是一直保持在接近固有横荡频率的范围内;同一流向下,平台纵向运动的平衡位置与最大振幅均随着折合速度的增加而增加.与其他经典平台相比,本文新型FDPSO最大横荡振幅值随折合速度的变化呈现不同的趋势.随着折合速度的增加,横荡运动的最大振幅与标称振幅之间的差值增大.     

深水悬链锚泊系统等效截断水深优化设计

工程中,常用的深水悬链锚泊线通常是由顶部锚链、中部钢索和底部锚链三段复合而成。该文采用分段外推的数值解法,考虑锚泊线所受的重力、张力、流力以及锚泊线的弹性伸长,利用黄金分割算法求解锚泊线顶端张力对应的顶张角,对其进行静力特性分析。基于混合模型试验方法应用,考虑锚泊系统静力特性相似,采用遗传算法编制开发等效截断水深系统优化设计程序。以一座工作水深为1500 m的深水半潜式平台为例,对其悬链式锚泊系统在700 m水深处进行等效截断优化设计计算,为下一步进行混合模型试验提供参考。     

深水半潜式钻井平台纤维材料系泊方案研究

针对一个工作于墨西哥湾海域1500m水深的半潜式钻井平台,选择polyester PET,polyester PEN和HMPE三种合成纤维材料及不同轴向刚度进行系泊方案设计,考虑系泊线的非线性动态特性和平台与系泊线之间的相互影响,在时域内进行耦合计算分析.并与传统的锚链钢缆组合的悬链线式系泊方式进行比较,发现悬链线方式很难保证平台的活动半径在要求范围之内,而由新型纤维材料组成的张紧式系泊方式则能达到良好的定位效果.经进一步对三种材料系泊系统对平台运动和系泊线受力以及经济性的比较,确定polyester PET最满足此半潜式钻井平台的安全作业要求.