[發明專利]一種軟鋼臂單點系泊系統結構安全預報預警方法

在審

• 申請號: 202211413264.0
• 申請日: 2022-11-11
• 公開（公告）號: CN115659872A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 李英;甘強;劉金鑫
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/27;G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

1.一種軟鋼臂單點系泊系統結構安全預報預警方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，通過海上浮式生產儲油船FPSO水動力模型建立FPSO與軟鋼臂單點系泊系統耦合模型；

S2，通過軟鋼臂單點系泊系統的單點結構在ANSYS中建立單點結構有限元模型；

S3，對所述FPSO與軟鋼臂單點系泊系統耦合模型進行時域模擬和所述單點結構有限元模型進行有限元計算；

S4，基于時域模擬和有限元計算的結果建立海洋環境與船體特征和單點結構應力的樣本集；

S5，采用所述樣本集對神經網絡模型訓練和測試獲得單點系泊系統結構安全預測代理模型；

S6，對所述安全預測代理模型輸入特征的預報值獲得單點結構應力預測值；

其中：特征包括FPSO艏吃水、FPSO艉吃水、有效波高、譜峰周期、風速、相對風向、流速與相對流向，單點結構應力包括系泊腿鉸點應力最大值和YOKE關鍵位置應力最大值；

S7，對比單點結構應力預測值與閾值實現預報預警；若預測值達到或超過閾值時；所述安全預測代理模型進行預警。

2.根據權利要求1所述的一種軟鋼臂單點系泊系統結構安全預報預警方法，其特征在于，

所述步驟S1與S2中，建立單點結構有限元模型過程：

根據FPSO型值表和典型裝載工況，在AQWA中建立涵蓋不同吃水的FPSO水動力模型，進行水動力分析；將水動力分析結果導入Orcaflex，建立FPSO與軟鋼臂單點系泊系統耦合模型；

根據單點結構圖紙，在ANSYS中建立單點結構有限元模型；其中：所述單點結構有限元模型，包括左右系泊腿和YOKE，將YOKE頭部與導管架連接位置簡化為固定端約束；

所述單點結構有限元模型的加載方式為在左右系泊腿上端施加位移載荷。

3.根據權利要求1所述的一種軟鋼臂單點系泊系統結構安全預報預警方法，其特征在于，

所述步驟S3中，對耦合模型和有限元模型進行試算，根據如下公式分析不同船體參數、海洋環境參數與單點結構應力之間的相關性；

其中：X是環境參數或船體參數，Y是單點結構應力，Cov(X,Y)是協方差，Var[X]是方差，r(X,Y)是線性相關系數；

特征分別為：FPSO艏吃水、FPSO艉吃水、有效波高、譜峰周期、風速、相對風向、流速與相對流向；根據特征的取值范圍，有效波高、風速、流速之間的相互影響，將特征排列組合成不同計算工況，對耦合模型進行時域模擬；

針對單個工況，在耦合模型中提取左右系泊腿上端位移載荷時域數據；

在單點結構有限元模型中，將位移載荷時域數據作為位移載荷施加在左右系泊腿上端，進行有限元計算。

4.根據權利要求1所述的一種軟鋼臂單點系泊系統結構安全預報預警方法，其特征在于，

所述步驟5中采用樣本集對神經網絡模型訓練和測試獲得單點系泊系統結構安全預測代理模型過程：

根據特征和待預測單點結構應力變量建立初步神經網絡模型；

根據樣本集按照如下公式對樣本集進行標準化；

其中：X是原始值，x為標準化之后的值，μ為樣本空間的分值均值，σ則為樣本空間的標準差；

將樣本集劃分為訓練集和測試集；

調節batch size大小、隱含層神經元個數以及隱含層數來訓練神經網絡；

通過如下公式計算測試集的均方誤差，當均方誤差達到最小，獲得單點系泊系統結構安全預測代理模型：

其中：O_p為模型輸出值，T_p為期望輸出值，n為輸入值的個數。