[發明專利]一種FPSO軟剛臂受力快速準確的計算方法

有效

• 申請號: 202010077249.8
• 申請日: 2020-01-25
• 公開（公告）號: CN111241740B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 李鵬;馬剛;孫麗萍;楊潔
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06N3/04;G06N3/08;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 楊植

一種FPSO軟剛臂受力快速準確的計算方法，屬于海洋工程應用領域。首先，建立FPSO有限元數值模型，獲得船體和軟剛臂運動時程響應，確定影響軟剛臂各系泊腿張力的變量。其次，構建LSTM神經網絡進行動力響應計算，確定單個LSTM神經網絡的有效精度范圍和驗證LSTM神經網絡在不同工況時的計算效果，并根據工作海況構建LSTM神經網絡全模型庫。最后，基于LSTM神經網絡全模型庫實現各環境荷載下軟剛臂各系泊腿張力的計算。本發明克服了深海中FPSO軟剛臂各系泊腿張力難以長期監測的缺陷，能夠通過FPSO船體六自由度快速準確的計算出軟剛臂各系泊腿的張力。在保證計算準確度的同時，可以有效提高計算速度，對實際FPSO的軟剛臂安全監測具有實際工程意義。

技術領域

本發明屬于海洋工程應用領域，涉及一種FPSO軟剛臂受力快速準確的計算方法，適用于受力與定位快速計算。

背景技術

油氣開采逐步由陸地轉向海洋、由淺水大陸架海區向深海領域轉移，如2016年殼牌公司在墨西哥灣Stones油田已經突破到2900米，各種應用于深海的新型浮式采油平臺被開發出來。深海的浮式平臺服役環境極為復雜和惡劣，一旦出現事故，會造成嚴重的經濟、環境災害。系泊系統作為海上浮式平臺的固定裝置，對其系泊力進行監測極為重要。然而，海上浮式平臺的系泊力監測設備安裝施工難度較大，需要水下作業，且需長期維護，成本較高。并由于海洋的環境惡劣，傾角儀及相關設備在工作一段時間后往往出現故障失效。無法長期穩定的進行工作。

當前GPS定位技術相對成熟，在FPSO上使用效果相對穩定，可使用數值計算的方式基于定位對系泊力進行監控。但以往計算方法基于靜力學公式時，無法考慮流體作用在系泊線上的荷載，系泊線的一些也無法體現出來，而在惡劣海況下系泊系統橫蕩運動劇烈，為了提高系泊力計算精度，需要考慮系泊力動態效應的影響。而使用動力學分析方法有限元軟件進行時域計算求解時，需要花費大量的計算時間，難以達到實時監控的效果。

發明內容

本發明目的在于針對現有的FPSO軟剛臂的測力設備安裝施工難度大、維護成本高，而采用傳統數值模擬計算效率低的不足，結合神經網絡計算效率高的優勢，提出一種新的基于LSTM神經網絡的由FPSO六自由度求得其軟剛臂受力快速準確的計算方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種FPSO軟剛臂受力快速準確的計算方法，包括以下步驟：

步驟A、建立FPSO有限元數值模型，獲得船體和軟剛臂運動時程響應，確定影響軟剛臂各系泊腿張力的變量。步驟B、構建LSTM神經網絡進行動力響應計算，確定單個LSTM神經網絡的有效精度范圍和驗證LSTM神經網絡在不同工況時的計算效果并根據工作海況構建LSTM神經網絡全模型庫。

步驟C、基于步驟B構建的LSTM神經網絡全模型庫，實現各環境荷載下軟剛臂各系泊腿張力的計算。

進一步的，步驟A中所述，當軟剛臂的各系泊腿結構一定時，影響軟剛臂的各系泊腿張力的變量主要是FPSO船體的橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和艏搖，上述變量決定軟剛臂各系泊腿在各個時刻的張力。

進一步的，步驟B具體包括：

步驟B1、確定LSTM神經網絡原始標簽值和原始特征值并構建數據庫：原始特征值經數據預處理后，作為LSTM神經網絡的輸入值，原始標簽值經數據預處理后，作為LSTM神經網絡的輸出值。建立FPSO軟剛臂單點系泊系統耦合模型，并通過數值模擬對服役海況下FPSO平臺進行耦合分析，獲得FPSO平臺運動響應及軟剛臂各系泊腿的運動響應。根據步驟A所確定的軟剛臂各系泊腿張力影響變量，取FPSO船體上GPS所在點六自由度(橫蕩、縱蕩、垂蕩、橫搖、縱搖和艏搖)和在該六自由度下進行數值模擬或船體實測對應的得軟剛臂各系泊腿張力和角度，并將FPSO船體六自由度時程和軟剛臂各系泊腿張力和角度時程響應數據按時間順序構建數據庫；

步驟B2、數據預處理：