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《基于靜力相似的水深截斷系泊系統(tǒng)多目標優(yōu)化設(shè)計》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于靜力相似的水深截斷系泊系統(tǒng)多目標優(yōu)化設(shè)計蘇一華,楊建民,肖龍飛,李欣(上海交通大學,上海200030)摘要:編寫了基于懸鏈線方程的系泊系統(tǒng)靜力計算程序,結(jié)合多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ,實現(xiàn)了大范圍尋優(yōu)和多目標優(yōu)化,用于水深截斷系泊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。關(guān)鍵詞:混合模型試驗方法;系泊系統(tǒng);截斷;優(yōu)化;NSGA-Ⅱ中圖分類號:U661文獻標識碼:AMULTI2OBJECTIVEOPTIMIZATIONDESIGNOFTRUNCATEDMOORINGSYSTEMBASEDONEQUIVALENTSTATICCHARACTERISTICSSUY
2、i2hua,YANGJian2min,XIAOLong2fei,LIXin(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:Basedoncatenaryequationandmulti2objectiveoptimizationalgorithmNSGA2Ⅱ,large2scalesearchingandmulti2objectiveoptimizationarerealized,anditisusedintruncatedmooringsystemdesign.Ke
3、ywords:hybridmodeltestingtechnique;mooringsystem;truncation;optimi2zation;NSGA2Ⅱ1引言水深截斷系泊系統(tǒng)設(shè)計是混合模型試驗方法的一個重要組成部分。深水海洋平臺的系泊/立管系統(tǒng)具有大的空間尺寸,采用常規(guī)縮尺比和傅汝德相似準則在現(xiàn)有試驗水池難于完整的模擬,研究人員提出了混合模型試驗方法,將全水深系泊纜截斷,采用水深截斷系泊系統(tǒng)代替全水深系泊系統(tǒng)在截斷水深進行模型試驗[1,2]。水深截斷系泊系統(tǒng)主要分為兩種:主動式和被動式[3]。目前廣泛采用被動式的水深截斷系泊系
4、統(tǒng),依據(jù)靜力特性與全水深一致進行設(shè)計,ITTC提出了水深截斷系泊系統(tǒng)的設(shè)計準則[4]。水深截斷系泊系統(tǒng)設(shè)計屬于多目標優(yōu)化問題。被動式水深截斷系泊系統(tǒng)的所有靜力特性難于同時保證與全水深系統(tǒng)一致,因此需要根據(jù)平臺的形式和特點保證關(guān)鍵的靜力特性與全水深系統(tǒng)一致。傳統(tǒng)的多目標優(yōu)化方法通常將多目標轉(zhuǎn)化為單目標后采用單目標優(yōu)化算法求解,其中較為常見的為權(quán)重法,但加權(quán)因子選擇失當會使得其中的一個目標函數(shù)支配其他的目標函數(shù)。非支配排序遺傳算法(Non2dominatedSortingGeneticAlgorithm,NSGA)是一種基于Pareto最
5、優(yōu)概念的多目標遺傳算法,由Srinivas和Deb在1995年提出[5]。NSGA采用非支配分層方法,使得好的個體有更大的機會收稿日期:2007212203修改稿日期:2007212227基金項目:國家“863”計劃(2006AA09A107);上海市科委資助重大基礎(chǔ)研究課題(05DJ14001)作者簡介:蘇一華(19802),男,博士生,從事船舶與海洋工程方面的研究。第1期蘇一華等基于靜力相似的水深截斷系泊系統(tǒng)多目標優(yōu)化設(shè)計·15·遺傳到下一代,采用適應(yīng)度共享策略保證非劣最優(yōu)解均勻分布,保持群體多樣性。針對NSGA計算復(fù)雜度較高、缺
6、乏最優(yōu)保存策略及對共享參數(shù)的依賴等問題,Deb等人又提出了NSGA2Ⅱ[6]。與NSGA相比,NSGA2Ⅱ做了下面幾點改進:①提出快速非支配排序法,使計算復(fù)雜度顯著降低;②引入精英策略,防止優(yōu)秀解丟失,擴大采樣空間;③提出擁擠度和擁擠度比較算子,代替了需要指定共享半徑的適應(yīng)度共享策略。本文根據(jù)水深截斷系泊系統(tǒng)設(shè)計準則,給出了多目標函數(shù)表達式。為提高計算速度,開發(fā)了高效的系泊系統(tǒng)靜力計算模塊,結(jié)合NSGA2Ⅱ算法,實現(xiàn)了大范圍尋優(yōu)和多目標優(yōu)化,最后以一深海單柱式平臺水深截斷系泊系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計為例進行了詳細介紹。2系泊系統(tǒng)的靜力計算2.1線
7、性伸長系泊纜的懸鏈線方程線性伸長系泊纜的靜力方程由非彈性系泊纜推導(dǎo)而來[7],如圖1所示,第i段系泊纜單元的靜力方程為,H2+U2Ui+H2+U2-H2+L2+H2lniCi=1+UiiLi2EAi
8、wi
9、siiH2+L2Li+iUi+H2+U2CiHiXi=lnLwiH22i++LiCiYi=w2222+Ui-+LiHHi其中,si=Si/Ci,wi=Wi·Ci,Ci為伸長因子,si和wi為系泊纜單元未伸長時的長度和單位長度水中重力,Si和Wi為系泊纜單元伸長后的長度和單位長度水中重力,EAi為系泊纜單元的軸向剛度,Tui和Ui分別
10、為系泊纜單元上端點Bi處的軸向拉力和垂向分量,Tli和Li分別為系泊纜單元下端點Ai處的軸向拉力和垂向分量,Xi和Yi分別為系泊纜單元的水平跨距和垂向跨距。2.2單根系泊纜的靜力特性為便于理解,假設(shè)海底水平,浮筒為全浸沒
