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摘要:系泊系統(tǒng)是通過纜繩或其他機(jī)械裝置將水面結(jié)構(gòu)固定的系統(tǒng),單點(diǎn)系泊油輪不用靠港,而是在離岸足夠水深處,設(shè)置一浮單點(diǎn)卸油裝置,通過漂浮在海面上的浮筒和鋪設(shè)在海底與陸地貯藏系統(tǒng)連接的管道,將油卸輸至岸。我國海域遼闊,受海洋氣流影響的季風(fēng)氣候?qū)ξ覈睾3鞘械挠绊懹绕渖羁?。?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致我國的海洋環(huán)境愈發(fā)惡劣。因此建立海上觀測平臺,實(shí)現(xiàn)海洋氣象、環(huán)境等方面的實(shí)時監(jiān)測對人們生產(chǎn)生活的意義重大。我國對于海洋系泊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)起步較晚,大部分科研工作者只是做了理論優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。本文針對系泊系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題,建立最小二乘優(yōu)化,多目標(biāo)規(guī)劃等模型,利用變步長搜索法求解各系泊參數(shù)以及對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本文首先解決優(yōu)化參數(shù)的問題,從定常風(fēng)力作用下的極限狀態(tài)開始考慮,用隔離法對系統(tǒng)各部分進(jìn)行靜力分析得到代數(shù)方程組,并加入力矩對鋼管和鋼桶的傾角進(jìn)行修正。由于對方程組求解,初值的不確定會導(dǎo)致較大誤差的產(chǎn)生,此部分利用最小二乘法以吃水深度搜索誤差最小為目標(biāo)構(gòu)建優(yōu)化模型,并且為了提高運(yùn)算效率,利用變步長搜索法進(jìn)行求解得到不同風(fēng)速下的各種系泊參數(shù)。其次在針對重物球的優(yōu)化設(shè)計(jì)時,設(shè)定鋼桶的傾斜角度不超過,錨鏈在錨點(diǎn)與海床的夾角不超過,此設(shè)定方便水下通訊設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),該部分以重物球質(zhì)量的優(yōu)化為突破口,利用整體受力分析法和力矩平衡得到小球質(zhì)量與傾斜角度,吃水深度與錨點(diǎn)、海床夾角之間的函數(shù)關(guān)系?;谙挡聪到y(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,以傾斜角度和夾角最小進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。最后,對上述函數(shù)關(guān)系利用分層序列法進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計(jì),考慮不同的變量組合,選定水深為18m,風(fēng)速為36m/s,水速為1.5m/s,變步長搜索得到一組較優(yōu)方案:選用23.4m長的號錨鏈,重物球?yàn)?520kg。 本文最終設(shè)計(jì)得到的單點(diǎn)系泊系統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果具有成本低,結(jié)構(gòu)簡單,方向性較好等優(yōu)點(diǎn)。可以推廣在近海系泊系統(tǒng)中使用,對于近海環(huán)境的實(shí)時觀測具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞 最小二乘法;變步長搜索法;多目標(biāo)規(guī)劃;分層序列法
目錄 摘要 Abstract 1緒論-1 1.1 研究背景與意義-1 1.2 國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述-1 1.3 論文研究內(nèi)容框架與主要方法-2 2 基本研究問題概述以及名詞解釋-4 2.1 基本研究問題概述-4 2.2 基本名詞解釋-5 2.3 符號變量與說明-5 3 優(yōu)化建模設(shè)計(jì)-7 3.1 各種優(yōu)化參數(shù)的求解-7 3.1.1 基本研究假設(shè)-7 3.1.2 極限狀態(tài)下的靜力平衡分析-7 3.1.3 代數(shù)方程組的建立-11 3.1.4非線性最小二乘優(yōu)化模型的構(gòu)建-12 3.1.5 變步長搜索法求解最小二乘優(yōu)化模型-14 3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)重物質(zhì)量-18 3.2.1風(fēng)速為36m/s時參數(shù)的變化情況-18 3.2.2多目標(biāo)規(guī)劃模型的構(gòu)建-19 3.2.3 多目標(biāo)優(yōu)化模型求解-20 3.3 整體的系泊系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)-22 3.3.1考慮近海水流力的靜力平衡分析-22 3.3.2 整體設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建-23 3.3.3 整體設(shè)計(jì)模型的簡化求解-24 3.4 模型推廣-24 4 模型的進(jìn)一步改進(jìn)方法-26 4.1 本文模型的主要優(yōu)點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)-26 4.2 本文方法的進(jìn)一步改進(jìn)-26 4.2.1 針對搜索算法的改進(jìn)-26 4.2.2 針對靜態(tài)平衡分析的改進(jìn)-26 結(jié)論-28 致謝-29 參考文獻(xiàn)-30 附錄-31 |