原文传递
基于时频变换的内转塔式FPSO系泊截断模型试验研究
| 论文题名： | 基于时频变换的内转塔式FPSO系泊截断模型试验研究 |
| 关键词： | 深水系泊系统;动力特性;被动式混合模型;多目标函数;布谷鸟优化算法;时频变换 |
| 摘要： | 对于深水系泊系统模型试验，由于现有海洋工程水池尺寸不足，不能满足系泊系统试验要求。被动式混合模型试验是目前解决该问题的最有效方法，对系泊系统进行等效截断设计则是重要环节之一。截断设计后系泊系统的静态特性通常能够与截断前吻合良好，但是系泊系统的动态特性还很难准确的等效。据此，提出了基于多目标函数布谷鸟优化算法的系泊动力截断方法，并通过数值模拟分析和水池模型试验验证了其可靠性。 设置动力截断的目标函数时，在设定时间范围内，系泊线的动力特性需要在每个时间点内保持一致，动力结果一般选取大量幅值随时间变化的点来覆盖整个时间历程。这种方法虽然可以保证每个时间点都得到考虑，但是由于选取点过多而导致计算效率较低，对比结果也不够直观。通过时频变换将时域结果转换到频域后，设置少量的关键频率点建立目标函数，可以大大提高分析效率。为了更直观的寻找最优解，引入Pareto解的相关概念，通过多个Pareto解而组成的前沿面可以很直接的找到全局最优解。 为了验证多目标布谷鸟优化截断方法的可行性，分别以悬链式和张紧式系泊系统为例，进行垂向截断优化设计。经过优化计算得到与全水深系泊线静力相似的截断参数，在此基础上对系泊线顶点分别施加单频正弦运动和多频运动，比较截断前后典型频率下的系泊线受力，多频运动下的截断优化方案更加合理，截断前后系泊线的静动力特性一致。 为了解决模型试验中存在水平跨度不足的问题，将某水深为420m的内转塔式FPSO悬链式系泊系统进行水平截断设计，水平跨度从1173m截断至588m。首先对该FPSO系泊系统进行数值计算分析，得出系泊系统的静力特性以及动力响应;其次，采用截断优化程序对系泊系统进行水平截断设计，并且将优化截断结果与截断前的结果进行对比，满足静动力等效原则。 将FPSO及其截断系泊系统以1∶42的缩尺比进行模型试验。试验内容主要包括静水自由衰减试验、白噪声RAO试验、静态刚度试验以及不规则波试验。将截断模型试验结果与数值计算结果进行对比分析，系泊系统静动力特性均吻合良好，误差在允许范围之内，验证了模型试验结果的准确性，也进一步证明了所提动力截断方法的可靠性。 |
| 作者： | 张子照 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 王宏伟;王昆鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
