[發(fā)明專利]一種軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)報(bào)預(yù)警方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211413264.0
• 申請(qǐng)日: 2022-11-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115659872A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李英;甘強(qiáng);劉金鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/27;G06F30/23;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 韓帥

本發(fā)明公開(kāi)了一種軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)報(bào)預(yù)警方法，包括：S1，建立FPSO與軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)耦合模型；S2，通過(guò)軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)在ANSYS中建立單點(diǎn)結(jié)構(gòu)有限元模型；S3，對(duì)所述FPSO與軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)耦合模型進(jìn)行時(shí)域模擬和所述單點(diǎn)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)有限元模型進(jìn)行有限元計(jì)算；S4，基于時(shí)域模擬和有限元計(jì)算的結(jié)果建立海洋環(huán)境與船體特征和單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的樣本集；S5，獲得單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)測(cè)代理模型；S6，獲得單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)測(cè)值；S7，對(duì)比單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)測(cè)值與閾值實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)預(yù)警；若預(yù)測(cè)值達(dá)到或超過(guò)閾值時(shí)；所述單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)測(cè)代理模型進(jìn)行預(yù)警；本發(fā)明預(yù)測(cè)速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)，通過(guò)預(yù)報(bào)預(yù)警，以期為現(xiàn)場(chǎng)決策提供參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋工程領(lǐng)域，具體涉及一種軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)報(bào)預(yù)警方法。

背景技術(shù)

FPSO普遍應(yīng)用于油氣開(kāi)發(fā)，成為當(dāng)今世界主流的海洋工程裝備。由于單點(diǎn)系泊系統(tǒng)在風(fēng)浪流作用下呈現(xiàn)“風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)”，被系泊物處于受力最小位置，因此成為FPSO系泊的主要方式之一。與常用于深海的錨鏈?zhǔn)絾吸c(diǎn)系泊系統(tǒng)相比，軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)常用于淺海，具有單點(diǎn)位置固定、船體位移小、管匯固定等優(yōu)勢(shì)。針對(duì)淺海海洋環(huán)境較為溫和這一特點(diǎn)，開(kāi)展FPSO軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)延壽研究，成為了目前的一大熱點(diǎn)。加裝監(jiān)測(cè)裝置，關(guān)注軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，是獲取軟鋼臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力的最直接方法。

然而，在系泊腿軸承內(nèi)部無(wú)法安裝應(yīng)變片等監(jiān)測(cè)裝置，難以獲取系泊腿鉸點(diǎn)應(yīng)力，只能通過(guò)在附近位置設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)推算出系泊腿鉸點(diǎn)應(yīng)力，精度有待提高。對(duì)于YOKE臂與YOKE壓載艙連接位置也是如此。另外，腐蝕、晃動(dòng)和壽命有限等不利因素降低了監(jiān)測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)報(bào)預(yù)警方法。此方法通過(guò)數(shù)值模擬，獲取船體吃水和環(huán)境參數(shù)、對(duì)應(yīng)的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力樣本集。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法獲取輸入與輸出之間的映射關(guān)系，輸入船體吃水和環(huán)境參數(shù)，獲取單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)預(yù)警。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)報(bào)預(yù)警方法，包括以下步驟：

S1，通過(guò)海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油船F(xiàn)PSO水動(dòng)力模型建立FPSO與軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)耦合模型；

S2，通過(guò)軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的單點(diǎn)結(jié)構(gòu)在ANSYS中建立單點(diǎn)結(jié)構(gòu)有限元模型；

S3，基于以下相關(guān)性公式確定關(guān)聯(lián)參數(shù)，對(duì)所述FPSO與軟鋼臂單點(diǎn)系泊系統(tǒng)耦合模型進(jìn)行時(shí)域模擬和所述單點(diǎn)結(jié)構(gòu)有限元模型進(jìn)行有限元計(jì)算；

其中：X是環(huán)境參數(shù)或船體參數(shù)，Y是單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力，Cov(X,Y)是協(xié)方差，Var[X]是方差，r(X,Y)是線性相關(guān)系數(shù)；

S4，基于時(shí)域模擬和有限元計(jì)算的結(jié)果建立海洋環(huán)境與船體特征和單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力的樣本集；

S5，采用所述樣本集對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練和測(cè)試獲得單點(diǎn)系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全預(yù)測(cè)代理模型；

S6，對(duì)所述安全預(yù)測(cè)代理模型輸入特征的預(yù)報(bào)值獲得單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)測(cè)值；

其中：特征包括FPSO艏吃水、FPSO艉吃水、有效波高、譜峰周期、風(fēng)速、相對(duì)風(fēng)向、流速與相對(duì)流向，單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力包括系泊腿鉸點(diǎn)應(yīng)力最大值和YOKE關(guān)鍵位置應(yīng)力最大值；

S7，對(duì)比單點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)測(cè)值與閾值實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)預(yù)警；若預(yù)測(cè)值達(dá)到或超過(guò)閾值時(shí)；所述安全預(yù)測(cè)代理模型進(jìn)行預(yù)警。

進(jìn)一步，所述步驟S1與S2中，建立單點(diǎn)系泊系統(tǒng)有限元模型過(guò)程：

根據(jù)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(dòng)力模型，進(jìn)行水動(dòng)力分析；