缓波型非粘接柔性立管的干涉敏感性

针对非粘接柔性立管在波浪和海流作用下易发生立管干涉的问题,以我国南海某油田输油立管和相邻锚链为例,分别对拖曳力系数、管道单位长度质量、外径、内部介质密度、立管抗拉弯扭刚度和悬挂角度等参数进行敏感性分析,得出不同参数的敏感性情况,并在此基础上提出一些建议供实际工程设计参考.     

柔性立管构型比选及目标油田构型推荐

柔性立管是一种重要的立管形式,由于其在恶劣环境条件下具有优越的性能在海洋油气田开发中得到广泛应用。针对目前主要应用的立管构型进行介绍,并进行了深入对比分析。依托某油田开发方案设计,基于集中质量模型,利用Orcaflex 软件建模,对不同立管构型进行时域动态分析,得出立管最大有效张力、最小有效张力以及最小弯曲半径等数据,推荐适应目标油田的立管构型。     

缓波型柔性立管涡激响应数值模拟

缓波型柔性立管的涡激振动问题是当前海洋工程界的研究热点.本文基于Milan尾流振子模型,通过Or?caFlex软件及悬链线方程,考虑缓波型柔性立管的几何非线性及三维效应,基于等效原则将缓波型柔性立管转换为直立立管进行分析,同时探讨了不同浮子段覆盖率对缓波型柔性立管涡激振动特性的影响规律,给出了立管不同轴向位置处的运动轨迹,为揭示缓波型柔性立管涡激运动特征提供了借鉴.     

缓波型柔性立管构型优化及敏感性分析

针对缓波型柔性立管存在的波型较陡和浮子段张力较大的问题,对其进行优化,将单波构型优化为双波构型,运用集中质量法对改进前后的2种结构形式进行分析,确认双波构型在静力和动力响应下的张力及弯曲特性更优。在此基础上,对双波型柔性立管进行敏感性分析。在静力状态下,悬挂点和第2段浮子段末端对浮子段间隔和浮子段长度敏感;在动力响应下,悬挂段到第1段浮子段的张力变化和最小弯曲半径对浮子段间隔和大悬挂角非常敏感。研究得到的敏感性参数结论可作为缓波型柔性立管总体布置设计的参考。为提升缓波型柔性立管的性能,可合理增加浮子段与浮子段的间隔和悬挂角,但同时要满足规范的要求,避免关键部位动力响应过大。     

基于HHT方法的柔性立管涡激振动特性分析研究

本文针对试验中的柔性立管涡激振动响应特性问题,使用HHT方法进行分析。首先,将试验中获得的应变时历转化为位移时历,并进行EMD分解,分析确认分解结果的正确性。然后,根据分解结果,统计分析立管涡激振动模态数与流速的关系。之后,使用HHT方法分析立管涡激振动的频率响应特性,获得确认立管振动阶数的方法,在试验中发现"倍频"现象,并总结"倍频"现象分布的流速区间。最终,通过观察立管振动位移的时空分布,获得立管振动的阶数,发现了振型的不对称特性,并分析其导致模态混淆的原因,同时观察到立管振动模态的激励发展过程,并最终总结了不同流速下立管响应模态阶数及对应频率。     

深水缓波型刚性立管的设计方法

缓波型刚性悬链线立管由于其良好的力学性能和较低的成本,适用于深水油气田开发。本文详述了缓波型刚性悬链线立管的设计准则和设计流程,给出了分布式浮块的设计方法和等效原则,推导了等效水动力参数的计算公式。通过静力分析,得到了不同浮块的布置位置和浮力系数对立管形态、顶端张力、弯矩分布的影响;通过动力分析,得到了沿管等效应力响应的分布规律,为缓波型刚性悬链线立管的设计提供了有益的参考。     

基于NSGA-Ⅱ的燃气轮机排气引射装置多目标优化设计

[目的]排气引射装置是舰船燃气轮机进排气系统的重要组成部分,保证排气引射装置的排气与引射性能对船舶的正常运行至关重要。[方法]针对某型燃气轮机排气引射装置的结构特点,选取8个关键的设计参数作为优化变量,2个关键性能指标作为目标函数,通过单因素影响分析,获得目标函数与各设计变量之间的变化规律,确定与目标函数相关性较大的2个设计变量。然后在此基础上,基于多目标优化遗传算法NSGA-Ⅱ对设计参数进行优化,并将选定的优化方案放入燃气轮机进排气系统一体化模型中进行验证。[结果]结果显示,相比原方案,优化后的排气引射装置能显著提升燃气轮机箱装体的引射率,满足排气引射量的设计要求,但同时也会导致排气蜗壳出口总压增加。[结论]所做研究对燃气轮机排气引射装置的设计与优化具有一定的参考价值。     

柔性立管涡激振动响应轨迹特性研究

为了深入研究细长柔性立管的涡激振动响应特性,进行了柔性立管的拖曳水池试验。由拖车拖动立管产生相对来流,根据应变测试得到的应变数据,基于模态叠加法得到位移响应。试验分析前,通过数值方法先针对刚性立管的涡激振动响应轨迹特性进行了分析。紧接着,通过试验方法对柔性立管的单模态以及多模态涡激振动响应轨迹特性进行了深入的分析和讨论。通过分析发现:柔性立管在低速下具有与刚性立管类似的轨迹响应特性,均呈现经典的8字形状;柔性立管在高速下,其轨迹开始变得混乱,这主要是由位移的多模态响应特性所产生。     

基于高斯近似和NSGA-Ⅱ的伴流螺旋桨优化北大核心CSCD

[目的]为改进船舶推进性能,提高船舶效能,克服螺旋桨参数众多、建模繁琐、水动力数值计算收敛速度慢、伴流场的湍流效应等问题,提出一套螺旋桨高效优化方法。[方法]首先,将基于非均匀有理B样条的自由曲面变形(NFFD)技术构建的参数化螺旋桨作为输出,利用CFD数值仿真对螺旋桨性能特征进行预报。然后,基于仿真数据建立螺旋桨性能高斯近似预测模型,建立以提高效率、降低扭矩系数为目标的优化模型,利用二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)得到最优解。[结果]结果显示,在均匀流场和船后伴流场下,螺旋桨的优化结果有着相似规律,即桨叶宽度和厚度均呈减小的趋势,倾斜角呈增大趋势,但由于在船后伴流场下流速会降低,因而桨叶宽度和厚度的减小以及倾斜角的增加幅度相对于均匀流场下的小。[结论]采用所构建的方法可以实现均匀流场和船后伴流场下螺旋桨的高效优化设计。     

改进的遗传算法在游艇舱室布局优化设计中的应用

针对游艇舱室布局这一复杂的多目标问题,在探讨遗传算法基本原理的基础上,提出以基于Pareto前沿的多目标优化方法NSGA-Ⅱ进行求解,然后分析游艇舱室布局的数学优化模型,并用NSGA-Ⅱ算法对其进行优化计算,并用实例进行验证。结果表明,这种算法确实有效,并得到一系列满足要求的最优解。     

上凸型内孤立波场中顶张力立管极值响应分析

为研究上凸型内孤立波作用下立管的响应问题,建立了顶张力立管在上凸型内孤立波场中的运动方程,流体作用力通过Morison方程求解,上凸型内孤立波引起的速度和加速度用两层流体KdV方程计算;采用有限元法离散控制方程,并用Newmark-β法在时域内求解。通过数值模拟探索上凸型内孤立波作用下顶张力立管的位移、弯矩、应力、顶底端转角等极值响应规律,并分析内孤立波幅值、上下两层流体密度差、顶部张力及壁厚对立管响应的影响。研究结果表明,上凸型内孤立波会引起顶张力立管的位移、弯矩、应力及顶底端转角显著增大;由于上凸型内孤立波引起的海水剪切作用剧烈,导致上下两层流体中立管位移反向。     

基于RBF神经网络的人工海床多目标优化

以人工海床（AS）为研究对象,针对传统设计方法存在周期长、成本高以及难以解决复杂系统工程优化设计等问题,提出一种AS多目标优化策略。推导AS质量和稳心高的计算公式,建立一种基于径向基函数（RBF）神经网络的近似模型,代替通过数值模拟计算的拖曳力。结合NSGA-Ⅱ算法,以AS拖曳力、质量和稳心高为优化目标,以主尺度为设计变量,以结构强度和关键性能指标为约束条件,得到AS优化方案。结果表明：在满足预测精度条件下,RBF神经网络提高了计算效率。优化后AS的质量,最大减幅达17.0%,同时水动力性能和稳性性能较优化前均有提高。通过对AS优化结果的分析,验证了AS多目标优化策略的可行性。     

基于改进非支配排序遗传算法Ⅱ的驳船调载方案多目标优化研究

随着货物的大型化,装船的难度和时间消耗增加,驳船各项安全参数易达到极限。为提高驳船压载效率,控制滚装作业过程中船体的总纵弯矩,以驳船最大总纵弯矩和调载时间为优化目标,以驳船与码头的高度差、纵倾角为约束条件,构建驳船调载方案的优化模型。针对该模型特点,采用NSGA-Ⅱ进行求解,并通过贪婪初始化种群改进算法,有针对性地提高算法初始种群的质量,实现算法的快速收敛。最后,以不同重量的货物滚装装船进行仿真试验。试验结果表明,采用改进NSGA-Ⅱ优化求解调载方案,可有效缩短调载时间,减小船体总纵弯矩,具有一定的工程应用价值。     

动力定位模式下考虑钻井立管角度响应的最优控位方法

随着海上浮式移动钻井设施作业水深的不断增加,钻井立管受水面浮体运动与海洋环境载荷的影响将更加复杂,如何通过有效的定位方法来保证水面平台与水下立管的联合作业安全是深海环境下油气开发面临的重要挑战。针对浮式移动设施水下钻井、修井的位置保持问题,本文在动力定位模式下设计一种考虑钻井立管顶、末端角度响应的控位方法,以满足立管安全运行限制域的要求。联合水面浮体与水下立管的低频运动特性分析与建立水面浮体运动偏移与立管顶、末端角度的相对运动关系与模型。在动力定位控位策略中引入最小化钻井立管角度响应的目标函数及其约束条件进行最优化动态期望位置规划,并通过“海洋石油981”深水钻井平台及其立管系统进行了仿真验证。     

海洋平台立管系统的三维动态响应仿真研究

海洋平台立管是其生产系统的主要组成部分,立管系统的动力学特性直接影响生产平台的稳定性和安全性,针对海洋平台立管系统动态响应特性的数值分析显得尤为重要。本研究以凝集参数时域分析法对海洋平台立管系统进行三维仿真模拟,用四阶Runge--Kutta法进行积分求解,分析惯性坐标系下海洋平台立管系统的动态响应。     

顺应式垂直通路立管的动力响应优化研究

海洋立管的动力响应优化要考虑复杂的环境载荷,如波浪、流以及浮体运动,有时还需考虑立管与海床的耦合作用,这个过程需要执行大量耗时较大的有限元分析,从而使动力优化的工作进展困难。针对此问题,本文将近似模型技术运用到FPSO的顺应式垂直通路立管（CVAR）的动力响应优化问题。优化以壁厚、管径等几何参数作为变量,优化目标是使总重量最小及等效应力在许用应力水平之下。研究给出了3种近似模型方法的比较分析,使得优化结果更具有可靠性。结果表明,3种近似模型方法的优化效果和效率彼此都非常接近,并且都能在CVAR的优化效果和减小耗时方面有出色表现。     

基于NFFD和高斯近似的螺旋桨多目标优化

为促进螺旋桨高效优化设计,结合基于NFFD技术、多输出高斯近似模型以及NSGA-Ⅱ多目标优化算法,构建一套包括螺旋桨变形重构—水动力性能快速预测—多目标优化的螺旋桨高效自动优化方法。首先,基于NFFD技术、以螺旋桨的几何参数为设计变量,实现螺旋桨三维模型的变形与重构;采用有限元数值仿真得出样本螺旋桨的水动力性能,并基于多输出高斯近似理论建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的近似模型。最后,结合高斯近似模型和NSGA-Ⅱ算法对KP505桨进行了多目标优化设计,验证方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。结果表明,该方法实现了对KP505桨扭矩系数降低3.3%、效率提高2.6%的多目标优化,验证了该方法应用于螺旋桨优化设计的可行性。     

考虑时间窗的多货类多目标集装箱运输方案优化

为研究小型内陆城市的集装箱运输方案,在考虑时间窗的约束下,构建运输成本最小、运输时间最短及运输碳排放最少的多目标运输方案优化模型,并结合NSGA-Ⅱ算法和Matlab软件,以丹阳市集装箱运输方案优化为例展开实证研究。研究表明：时间窗的不同对于集装箱运输方案的选择起到关键作用,同时运输成本及运输碳排放量也随之产生变化,为此可通过采用新能源运输设备减少碳排放量来降低运输成本;对于时效性较强的集装箱货物,选用公铁联运较为经济,对于一般性集装箱货物,选用公水联运更为经济。     

深海复合材料悬链线立管基于可靠度的优化设计

研究基于可靠度的方法,对深海复合材料悬链线立管进行优化设计分析。对于正交各向异性层合复合材料结构而言,叠层顺序不同、各层铺角变化以及层间厚度差异等都会影响到结构的承载能力,因此,有必要引进可靠度作为优化设计指标。首先,根据经典层合板理论计算整体模型的等效属性,建立悬链线立管整体分析模型,得到关键截面响应,以此作为局部分析模型的约束;然后,运用试验设计方法构建Kriging近似模型;最后,利用蒙特卡罗撒点方法对比分析确定性优化与可靠性优化的结果。研究表明：优化后的深海复合材料立管在满足应力强度设计的要求下可有效降低结构重量,所提出的基于可靠度的优化设计复合材料悬链线立管具有可行性。     

基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化研究

圆柱壳的肋骨应力裕度较小而其它应力和临界载荷的裕度较大是设计中常见的问题。本文提出了综合裕度的概念,建立基于综合裕度的环肋圆柱壳多目标优化模型。目标函数为综合应力裕度、综合临界载荷裕度和重量。采用NSGA-Ⅱ算法进行优化求解,对Pareto解各属性裕度的统计结果显示肋骨应力裕度较小。并对肋骨许用应力值对优化结果的影响进行了分析,数据结果表明适当放宽肋骨的许用应力能解决肋骨裕度较小的问题。