基于受力分析的系泊系统优化模型

为设计不同环境下的系泊系统,该文对2016年全国大学生数学建模竞赛A题中给出的系泊系统进行研究。对给定的系泊系统,建立姿态模型,得到了不同环境下系泊系统的姿态。当给定的系泊系统不满足工作要求时,建立重物球质量的单目标优化模型,确定了合适的重物球质量,从而调整系泊系统使之满足工作要求。在系泊系统的锚链型号、长度、重物球质量均不确定时,建立多目标优化模型,设计出了在给定环境下满足工作要求的最优设计方案。     

三维空间下系泊系统的优化设计

系泊系统是近浅海观测网的重要组成部分,如何设计最优的系泊系统从而促进信号的传播具有重要的意义。在三维空间坐标系下,首先对近海水声通讯系统传输节点的系泊系统进行受力分析,得到了系统中各组成部分之间相互的受力关系;其次建立基于多目标规划的系泊系统设计模型,并以系泊系统在海上为例进行实证研究,验证该设计模型的可操作性、有效性;最后运用MATLAB对其进行迭代求解,最终得到不同型号的锚链的最优锚泊系统设计方案。     

锚泊浮式结构波浪上运动的频域算法

介绍一种计算系泊浮式海洋结构在波浪上运动响应的方法,与一般现有的系泊结构动力计算方法不同,它是应用频域法考虑了系泊系统与结构运动间的动力耦合,特别是应用二阶摄动方程,解出系泊浮式结构系统的二阶慢荡运动。该方法能正确地确定慢漂运动、低频锚链力等在工程设计中感兴趣的数据,适用于油轮、半潜平台、转塔式FPSO以及张力腿平台等各种型式的浮式结构和系泊方式。程序的计算结果经过了大量的与相应模型试验结果的校核。表明所给出的结果可靠。     

系泊系统的多目标优化模型

针对海上浮标系泊系统,基于机理分析和力学分析得到了给定锚链型号与链长、重物球质量、海域环境(风流与海流)等系统参数下,对于声纳钢桶倾角的影响规律。在此基础上对系统各个部分进行了受力分析,并由此建立静力学平衡方程。以理论水深与实际水深的差值为优化目标,以静力学平衡方程为约束条件建立了优化模型;调节重物球,建立以重物球质量、浮标的吃水深度、游动区域半径及钢桶的倾斜角度尽可能小为优化目标,以钢桶倾角、锚链与海床的夹角要求以及静力学平衡方程为约束条件建立了多目标优化模型。在给定的实际环境参数条件下,对系泊系统进行了计算设计。     

基于悬链线理论的系泊系统的应用

通过对浅海系泊系统整体结构进行受力分析,建立锚链、刚体及浮标受力平衡方程,结合悬链线理论,构建锚泊动力系统算法.对不同风力下系泊系统的吃水深度、浮标游动半径、重物球重量、刚体倾斜角、锚链悬浮高度和水平距离进行求解,并利用MATLAB拟合出锚链形状图,保证结构物和系泊系统的安全.所得结果可为单点系泊、类似系统研究和近浅海...     

基于静力学模型对系泊系统参数设计的研究

针对系泊系统中铁桶倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域等参数的设计问题,通过运用物体受力平衡条件、结构微分原理,构建了系泊系统的静力学、基于微分方程的悬链线模型。综合使用了Lingo、Matlab软件编程,求解系泊系统中倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域的大小,探讨系泊系统在不同海面风速条件下的系统形态,绘制出锚链形状曲线图,使水声通讯设备的工作效果达到最佳状态。     

三-状态相异元件并联的S-P网络可靠性优化微粒群算法

研究三-状态具有不同元件并联构成的串-并联(简称S-P)网络的可靠性优化问题.利用Matlab做计算工具,用微粒群算法对问题的实例进行模拟仿真.结果表明:在通常的初始解条件下,微粒群算法每次运行都能收敛,并且能够给出系统的最优解;与模拟退火算法、蚁群算法和遗传算法相比较,微粒群算法可以更方便、高效地给出系统的最优解.     

系泊系统的优化设计

对于系泊系统的设计问题,以悬链线方程为基础,通过静力平衡和刚体力矩平衡理论确定系泊系统中各个参数之间的联系,推导出系泊系统整体的数学模型。再利用牛顿-拉夫逊迭代对其进行求解,最终得到不同海况下钢桶和各节钢管的倾角、浮标的吃水深度及游动区域、锚链的形状及约束条件下的重物球的质量等结果,并给出最优系泊系统设计的方案。     

深水半潜式平台模型试验与数值分析

以一座工作水深为1.5 km的深海半潜式钻井平台及其锚泊系统为例,对其在280 m等效截断水深锚泊系统系泊下的6自由度运动和锚链受力进行模型试验研究,缩尺比取为1∶70.采用非线性时域耦合分析法对原深海半潜式钻井平台系统进行数值分析,并将模型试验和数值分析结果进行比较.结果表明:等效截断水深锚泊系统在静力方面可较好地模拟全水深锚泊系统,动力相似上的不足导致其锚链受力最大值与全水深锚泊系统的相差较大;截断水深模型试验对全水深锚泊系统系泊下的半潜平台运动响应的预报较为可信,而平台锚系的受力情况需辅以数值模拟进行研究.     

风、浪、流联合作用下系统系泊力的时域计算方法

为解决海洋工程中系泊系统在风、浪、流联合作用下系泊力的计算问题 ,在时域内建立了一种计算防风水鼓系泊系统系泊力的方法。在分析波浪荷载时 ,使用了设计波法和非线性 Stokes五阶波 ,并由经验公式求出了船舶的风、流作用力。由准静态方法计算了初始条件后 ,在忽略了锚链和水鼓动态效应对船舶运动的影响的条件下 ,求解了系泊力和船舶的运动时历。再由二维集中质量法建立了锚链和水鼓的数学模型 ,用 Houbolt方法求解了锚链和水鼓的运动方程 ,并对系泊力进行了修正。模拟计算结果与经验公式计算结果吻合较好 ,且模拟计算的时域特征表现突出 ,建立的时域计算方法可用于防风水鼓系泊系统的系泊力计算     

近浅海环境监测系泊系统的设计研究

为了有效开展近浅海环境调查监测,本文建立了监测网传输系统中系泊系统的运动方程.根据受力平衡与力矩平衡分析,得到了基于差分方程的系泊系统状态变量的表达式.在满足系统正常工作的前提下,根据所选择的锚链型号可数值计算出在极端天气下所需锚链长度与挂件重物球的质量.结果显示,本方法能确保整个系统可抗强台风、正常运行与海上安全.     

FPSO系泊系统失效原因探讨

随着海上油田规模的不断扩大和新油田的勘探开发,未来我国服役的FPSO数量会进一步增加。系泊系统的完整性关系到FPSO作业安全,通过对FPSO系泊系统故障进行统计,分析其失效原因,为FPSO系泊系统完整性管理提供参考。     

风浪流作用下漂浮式DeepCWind浮式平台动力性能和系泊系统的影响

以DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA软件,考虑不同风浪流入射角、锚链长度以及锚链是否破断等情况下,研究锚链张力、系泊刚度、系泊力以及卧链长度等因素对浮式平台运动性能的影响。研究结果表明:系泊刚度和系泊力共同抑制浮式平台的运动;纵荡和纵摇的位移幅值在风浪流入射角为90°时达到最小值;纵荡位移与锚链长度成正比,纵摇与锚链长度成反比;在迎浪侧,破断的锚链会使得其相邻两侧的锚链张力显著增加,加剧纵荡位移,但对纵摇影响较小。     

模拟退火算法及其在多层密度界面反演中的应用

模拟退火算法是以固体退火过程为物理背景的全局优化算法,具有全局寻优的能力,是一种有效的非线性组合优化算法。模拟退火反演算法实质是利用了地球物理反演问题求解过程与熔化固体退火过程的相似性,模拟其达到最低能量状态为系统目标函数的最优解。本文概要地介绍了模拟退火法的基本原理,解的接受准则,模拟退火法的实现方法、特点及其局限性。总结了近年来对模拟退火方法进行的改进,并给出了模拟退火法在多层密度界面反演中的实例。     

系泊系统状态参数优化设计

该文针对近浅海观测网传输节点的系泊系统,利用多边形近似法的静力平衡分析方法对各部分进行受力分析,建立了4个状态参数的数学模型,使用分段外推法和Fourier分析拟合锚链形状曲线,并对不同风速计算了系统的各项状态参数。在实际海况下对原模型进行优化设计,建立了系泊系统的优化反演模型,得到了系统各项参数的最佳设计方案。     

内转塔式FPSO截断技术及其总体响应

对一作业水深914 m的内转塔式FPSO平台系泊及立管系统进行等效水深截断设计,以解决海洋工程模型试验水池尺度有限的问题.调整系泊线及立管的长度、轴向刚度和单位长度质量,保证其悬链线形状以及静态特性与原系统一致.截断因子较大时,只对系泊线中间部分等效截断,截断因子较小时,海底部分也要适当截断,并分别推导出相应计算公式.最后对整个FPSO系统进行时域耦合分析,比较发现截断后系泊系统静态特性、平台总体响应和系泊线受力都与全水深情况和已有模型试验结果吻合良好.表明截断方法是合理可行的,能保证截断前后平台性能一致.     

水流影响下系泊系统设计的数学模型

通过对系泊系统的受力分析和力矩平衡,对水流影响下的系泊系统形态建立了差分方程组模型.并分别在水速为0 m/s、1.0 m/s且与风力成0°、45°、90°和180°的情况下,确定了210节链环的Ⅱ型锚链的形态.最后利用该模型解决了给定条件下,锚链型号、长度和重物球质量的选择和确定问题,即系泊系统设计问题.给出了在海水速度最大1.5 m/s,风速最大36 m/s,水深16~18 m下锚链型号、长度和重物球质量的最优解.     

基于可靠性的供应链设施选址问题的优化模型

针对传统设施选址模型片面追求成本最小化而忽视供应链系统服务水平的情况,建立了一个基于容量有限制的供应链设施选址可靠性问题的多目标优化模型(RCFLP),并针对模拟退火算法与粒子群算法的优缺点,提出了一种混合型智能算法—模拟退火粒子群算法。通过收集中国各个省的人口和各个省会的相互之间的距离数据,构建实例,通过本文建立的模型与模拟退火粒子群算法进行了求解, 并对结果进行了分析,将模拟退火粒子群算法计算结果与模拟退火算法和粒子群算法的计算结果相比较,证明了模拟退火粒子群算法的可以较快地获得较好的全局最优解。     

FPSO系泊系统设计初步研究

对30万吨FPSO深水系泊系统的设计进行了研究,其中系泊缆为超高分子量聚乙烯纤维绳缆。首先,建立30万吨FPSO模型,分析其水动力性能;然后,选择3×3分组系泊系统,在以上水动力分析的基础上,对系泊系统进行了静力和动力分析,给出了系泊绳缆承受的最大张力;最后,由规范确定绳缆的破断张力。     

采用模拟退火算法的电动汽车复合电源能量管理系统优化

针对电动汽车的混合式复合电源工作模式切换复杂、不利于不同工作模式的功率最优分配问题,提出基于模拟退火算法的复合电源能量管理优化方法。对混合式复合电源的工作模式进行分层讨论,建立能量管理系统的各部件损耗模型,基于不同层次设计能量管理策略。在分层能量管理策略的基础上,采用模拟退火算法降低系统的损耗。搭建混合式复合电源仿真模型和实验台进行仿真和实验。仿真和实验结果表明:在NYCC和EUDC路况下,混合式复合电源能量管理系统采用模拟退火算法优化比滞环逻辑控制的总损耗降低0.8%和1.1%。混合式复合电源能量管理系统采用模拟退火算法不仅能有效降低系统损耗,实现功率最优分配,而且能及时跟随功率需求,由超级电容提供或吸收峰值功率,保证电池安全。