半潛平臺(tái)初步設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)研究.pdf

1、每一座半潛平臺(tái)都要經(jīng)歷從初步設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)這一完整的設(shè)計(jì)過程，要進(jìn)行總布置、穩(wěn)性分析、運(yùn)動(dòng)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(gè)環(huán)節(jié)的計(jì)算和驗(yàn)證，整個(gè)工程設(shè)計(jì)過程有著顯著的螺旋式特征。初步設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，對(duì)后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)有著重要的基礎(chǔ)作用。近年來，半潛平臺(tái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的初步設(shè)計(jì)，也對(duì)企業(yè)贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)起著重要的作用。
　　工程界的初步設(shè)計(jì)，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(jì)要求確定主要設(shè)備，再根據(jù)過往積累的經(jīng)驗(yàn)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(yàn)證，才能完成初步設(shè)計(jì)定型。在這一設(shè)計(jì)過程中，存在兩個(gè)不足：一是缺少對(duì)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性的校核和優(yōu)化，可能對(duì)半潛平臺(tái)的舒適性、關(guān)鍵設(shè)備的工作效率、平臺(tái)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(jì)方法，往往需要大量的方案試算，再從

3、中篩選出更有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的設(shè)計(jì)方案，無法快速找到最有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的初步設(shè)計(jì)方案。
　　本文針對(duì)工程項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)流程的不足之處，結(jié)合作者的設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn)，從半潛平臺(tái)的主體型式、運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性以及初步設(shè)計(jì)尋優(yōu)方法三個(gè)方面入手，嘗試對(duì)半潛平臺(tái)的初步設(shè)計(jì)方法進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到擴(kuò)展初步設(shè)計(jì)深度、提高初步設(shè)計(jì)效率和性價(jià)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(tái)為母型，進(jìn)行三方面的對(duì)比分析。首先依據(jù)正交試驗(yàn)的

4、原則對(duì)半潛平臺(tái)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(gè)比較方案，通過比較其空船重量、干舷、初穩(wěn)心高、運(yùn)動(dòng)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(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)規(guī)律；其次，通過對(duì)半潛平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)相關(guān)的勢(shì)流理論進(jìn)行研究，推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并使用三維勢(shì)流分析AQWA計(jì)算多個(gè)算例，分析比較運(yùn)動(dòng)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(jì)階段的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)簡(jiǎn)化算法；最后，提出半潛平臺(tái)初

5、步設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)尋優(yōu)，通過AQWA軟件的計(jì)算，檢驗(yàn)此尋優(yōu)方案的計(jì)算精度。
　　本文針對(duì)工程界原有的初步設(shè)計(jì)方法所存在的兩點(diǎn)不足，提出了有針對(duì)性的改進(jìn)方法，從半潛平臺(tái)主體型式、運(yùn)動(dòng)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(duì)重量控制、初穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性的影響規(guī)律；提出在初步設(shè)計(jì)階段加強(qiáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)性能的校核，