一种FPSO模块管道支架优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116090302A(43)申请公布日2023.05.09(21)申请号202310080560.1G06F111/10(2020.01)(22)申请日2023.02.08G06F111/04(2020.01)(71)申请人博迈科海洋工程股份有限公司地址300457天津市滨海新区经济技术开发区第四大街14号(72)发明人王晓斌徐梦雨闫敏杰李云鹏林朋(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201专利代理师李素兰(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06T17/00(2006.01)G06F113/14(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种FPSO模块管道支架优化方法(57)摘要本发明公开了一种FPSO发电机组效率优化匹配方法，步骤为：建立FPSO上各发电机组的效率模型，及多项式函数，运用最小二乘法拟合得到每个发电机组输出功率与能耗模型的求解矩阵；将所述的矩阵在python软件中进行编程，通过python求解得到多项式函数的各项系数；建立各发电机组的输出功率值与FPSO总能耗之间的函数关系，即FPSO发电机组的整体效率分析简化模型公式；在matlab中建立FPSO发电机组的整体效率分析简化模型公式，采用粒子群算法对其分析求解，得到总能耗最低的情况下，各个发电机组的功率；将上一步得到的各个发电机组的功率，作为效率优化后的方案输出。采用本方法可以实现整体能耗最低。CN116090302ACN116090302A权利要求书1/2页1.一种FPSO模块管道支架优化方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、通过TEKLA软件建立FPSO模块的管道支架三维模型，对管道支架进行单元定义、材料定义和连接节点定义，具体步骤为：第一步，在TEKLA软件中新建三维模型文件，依据FPSO模块中管道实际尺寸、结构和位置信息建立FPSO模块的管道支架模型，管道支架是由板材焊接相连组成的结构且设置在海洋平台上；第二步，通过TEKLA软件的材料定义功能和单元定义功能，对上一步中建立的FPSO模块的管道支架模型的各部分零件进行材料定义和单元定义，并通过TEKLA软件的连接节点定义功能定义管道支架各部分的连接类型，将关于管道支架模型的TEKLA文件保存并命名为T1.x_t；步骤二、对步骤一中第二步得到的文件进行转换得到能够被SACS识别的三维模型文件，具体操作如下：第一步，使用ansys软件读取上一步中获取的T1.x_t文件，通过ansys约束定义功能，定义管道支架的固定方式，并将文件另存为T1.txt文件；第二步，使用wps软件打开第一步中得到的T1.txt文件，通过软件中的查找替换功能将T1.txt文件中的建模命令替换为SACS能够识别的建模命令，并将文件保存为T2.txt；步骤三、通过SACS软件读取步骤二中获得的T2.txt文件，建立管道支架SACS模型，对管道支架在工作情况下受力状况进行分析得到管道支架受到的波浪力f以及风载力w，具体步骤如下：第一步，通过SACS软件新建三维模型文件，调用软件中文件读取功能，读取T2.txt文件，生成SACS三维模型；第二步，调用SACS受力分析功能，通过Morison公式计算管道支架受到的波浪力f，通过风载公式计算管道支架受到的风载力w,其中:w＝βz·μs·μz·W0式中：ρw为海洋平台附近海水质量密度；u为海洋平台附近水质点的速度，|u|为水质点速度的绝对值；为水质点的加速度；D为放置在管道支架上的管道直径；Cd为阻尼系数，取值范围为0.6～1；CM为管道支架惯性力系数，大小为9.8，βz为自然风在海洋平台处的风振系数，取值为2.3；μs为风载荷体型系数，取值为0.5；μz为海洋平台附近的风压变化系数，取值3为200；W0为基本风压(KN/mm),ρ为空气密度(kg/m)，v为管道支架受到的风速(m/s)；步骤四、在AnsysWorkbench中对管道支架三维模型结构尺寸进行优化设计得到优化后的管道支架三维模型结构尺寸，具体步骤如下：第一步，建立管道支架的拓扑优化数学模型，管道支架结构尺寸的拓扑优化模型如下：T优化变量：X，X＝(x1，x2，…，xn)优化目标：2CN116090302A权利要求书2/2页约束条件：T式中，X表示待优化管道支架的各板材厚度，X＝(x1，x2，…，xn)，xi表示第i块板材的厚度，f(x)表示管道支架的目标质量函数，ρi表示第i块板材的材料密度，Vi表示第i块板材的体积，ximin、ximax分别表示第i块板材的厚度xi的上限、下限；gu(x)表示第u个约束函数，其中：gu(x)＝σu,max‑[σ]式中σu,max，(u