半潛平臺初步設(shè)計方法的改進(jìn)研究.pdf

1、每一座半潛平臺都要經(jīng)歷從初步設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計這一完整的設(shè)計過程，要進(jìn)行總布置、穩(wěn)性分析、運(yùn)動性能分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞分析、定位能力分析等多個環(huán)節(jié)的計算和驗證，整個工程設(shè)計過程有著顯著的螺旋式特征。初步設(shè)計的優(yōu)劣，對后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計有著重要的基礎(chǔ)作用。近年來，半潛平臺市場競爭非常激烈，具有性價比優(yōu)勢的初步設(shè)計，也對企業(yè)贏得市場競爭起著重要的作用。
　　工程界的初步設(shè)計，主要任務(wù)是確定主尺度和成本估算，通常的做

2、法是參考母型船，根據(jù)設(shè)計要求確定主要設(shè)備，再根據(jù)過往積累的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，修改主尺度并估算重量、核算穩(wěn)性。如果穩(wěn)性不滿足要求，再進(jìn)一步修改主尺度并重新核算，然后根據(jù)成本估算情況，再做進(jìn)一步的優(yōu)化和驗證，才能完成初步設(shè)計定型。在這一設(shè)計過程中，存在兩個不足：一是缺少對運(yùn)動響應(yīng)特性的校核和優(yōu)化，可能對半潛平臺的舒適性、關(guān)鍵設(shè)備的工作效率、平臺總體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、疲勞壽命以及定位能力造成重大影響；二是缺少快速的優(yōu)化設(shè)計方法，往往需要大量的方案試算，再從

3、中篩選出更有性價比優(yōu)勢的設(shè)計方案，無法快速找到最有性價比優(yōu)勢的初步設(shè)計方案。
　　本文針對工程項目初步設(shè)計流程的不足之處，結(jié)合作者的設(shè)計工作經(jīng)驗，從半潛平臺的主體型式、運(yùn)動響應(yīng)特性以及初步設(shè)計尋優(yōu)方法三個方面入手，嘗試對半潛平臺的初步設(shè)計方法進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到擴(kuò)展初步設(shè)計深度、提高初步設(shè)計效率和性價比的目的。
　　在論文的研究中，以中集來福士海洋工程有限公司已經(jīng)建成的GM系列平臺為母型，進(jìn)行三方面的對比分析。首先依據(jù)正交試驗的

4、原則對半潛平臺的主體型式進(jìn)行研究，分別改變立柱、浮筒的不同主尺度參數(shù)，形成6個比較方案，通過比較其空船重量、干舷、初穩(wěn)心高、運(yùn)動固有周期等關(guān)鍵指標(biāo)的變化情況，確定主體型式與各項設(shè)計指標(biāo)的關(guān)聯(lián)規(guī)律；其次，通過對半潛平臺運(yùn)動響應(yīng)相關(guān)的勢流理論進(jìn)行研究，推導(dǎo)運(yùn)動響應(yīng)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并使用三維勢流分析AQWA計算多個算例，分析比較運(yùn)動響應(yīng)幅值算子（RAO）和附加質(zhì)量的變化情況，提出可以應(yīng)用于初步設(shè)計階段的運(yùn)動響應(yīng)簡化算法；最后，提出半潛平臺初

5、步設(shè)計尋優(yōu)問題，以母型船減重為目標(biāo)條件，以干舷、初穩(wěn)性參數(shù)和運(yùn)動固有周期等性能指標(biāo)為約束條件，采用基于共軛梯度法的混合遺傳算法進(jìn)行初步設(shè)計尋優(yōu)，通過AQWA軟件的計算，檢驗此尋優(yōu)方案的計算精度。
　　本文針對工程界原有的初步設(shè)計方法所存在的兩點(diǎn)不足，提出了有針對性的改進(jìn)方法，從半潛平臺主體型式、運(yùn)動響應(yīng)特性以及快速尋優(yōu)三方面開展研究。理清了主體型式對重量控制、初穩(wěn)性和運(yùn)動響應(yīng)特性的影響規(guī)律；提出在初步設(shè)計階段加強(qiáng)對運(yùn)動性能的校核，