本发明专利技术提出了一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，将立管布置参数作为设计优化变量并确定了变量范围、定义了约束条件以及适应度函数；通过粒子群算法实时调用时域分析软件进行时域分析、立管疲劳分析，自动提取分析结果并根据适应度函数计算适应度值，通过算法的迭代得到最优的立管布置参数组合。本发明专利技术设计优化流程实现了智能化、自动化，节省了设计优化时间，为海洋平台立管优化设计提供了一定技术支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋工程设计，具体涉及一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法。
技术介绍
1、随着陆上可采石油储量不断减少，油气开发活动逐渐转向海洋油气开发，海洋油气开发离不开海洋油气工程装备的支持保障。
2、海洋平台立管是连接海底管汇和海洋平台的重要设备，同时还肩负着输送油、气等流体的任务。海洋平台立管在受到风、浪、流等环境荷载时会产生涡激振动现象，容易产生疲劳破坏从而大大减少了立管的使用寿命。因此，高效快速得到立管最优的布置位置，可以大大降低立管触地段的最大疲劳损伤，从而提高立管使用寿命。
3、目前立管布置设计通常需要大量试算，然后进行校核得到相对最佳的立管布置参数，但这种方法效率低、精度低、需要耗费大量人力时间成本。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供了一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，用于提高立管布置设计的效率和精度。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：
3、s1、根据需要，通过阿基米德浮力定律以及悬链线方程计算立管参数。
4、s2、确定设计变量、优化目标以及约束条件。
5、s3、设计粒子群算法，完成立管优化设计，得到最优立管布置参数组合。
6、s4、通过立管疲劳分析软件验证得到的立管布置参数组合可行性。
7、进一步的技术方案包括：
8、进一步地，s1的具体实施方式为：
<
p>9、s11、可选地，若给定的立管参数缺少立管湿重参数，则通过阿基米德浮力定律计算立管湿重：10、f湿重＝f干重-f浮
11、式中，f湿重为立管湿重、f干重为立管干重、f浮为立管在水中产生的浮力。
12、s12、可选地，若缺少立管长度参数，则根据悬链线方程计算立管长度以及水平投影长度：
13、
14、
15、式中，sr为立管长度、hd为海水深度、θtop为立管悬挂角、ltdp为立管水平投影长度。
16、进一步地，s2的具体实施方式为：
17、s21、将需要优化的立管悬挂方位角、立管悬挂坐标作为设计变量，并确定它们的取值范围：
18、0°＜angel＜360°
19、xmin＜x＜xmax
20、ymin＜y＜ymax
21、zmin＜z＜zmax
22、式中，angel为立管悬挂方位角，x、y、z分别为立管悬挂三个坐标轴的坐标值，xmin、ymin、zmin分别为所允许的最小x、y、z值，xmax、ymax、zmax分别为所允许的最大x、y、z值。
23、s22、优化目标取为较小的立管触地段疲劳损伤。
24、s23、约束条件取为工程实际要求的立管与海洋平台系泊缆之间的位置关系(水平投影夹角要求、距离要求等)。
25、进一步地，s3的具体实施方式为：
26、s31、设置粒子群算法关键参数，包括：学习因子、粒子速度上下限、惯性权重、粒子个数、迭代次数；将设计变量以粒子位置形式引入算法。
27、s32、初始化种群粒子位置和粒子速度，初始化种群位置和粒子速度公式如下：
28、x＝rand(n，d)×(xmax-xmin)+xmin
29、v＝rand(n，d)×(vmax-vmin)+vmin
30、式中，x表示粒子位置，v表示粒子速度，n为粒子个数，d为粒子维数(设计变量个数)，rand()用于产生随机数，xmax、xmin为粒子位置上下限，即s21中确定的设计变量上下限；vmax、vmin为粒子速度上下限。
31、s33、对种群中每个粒子均调用orcaflex软件中的时域分析模块求解在不同风、浪、流工况下的时域分析结果，然后再通过立管疲劳分析模块，对立管进行疲劳分析获取立管触地段的最大疲劳损伤。
32、s34、定义适应度函数，对于种群中的粒子分别通过适应度函数计算适应度值，适应度函数为：
33、fitness＝dmax+[∞]
34、式中，fitness表示适应度值、dmax表示立管触地段的最大疲劳损伤、[∞]为惩罚因子，若立管布置不满足s23所述的约束条件，则添加该惩罚因子。
35、s35、根据适应度函数计算得到的每个粒子的适应度值，得到粒子群的个体极值和全局最优解，个体极值为每个粒子找到的最优解，从这些最优解找到一个全局值，叫做本次全局最优解，然后与历史全局最优比较，进行粒子速度与位置更新，粒子速度与位置更新公式如下：
36、vf＝ωvi+c1random(0，1)(pd-xi)+c2random(0，1)(pg-xi)
37、xf＝xi+vf
38、式中，vf为更新后粒子速度，vi为更新前粒子速度，xf为更新后的粒子位置，xi为更新前的粒子位置，c1、c2为学习因子通常取为[0，4]，random(0，1)用于产生[0，1]之间的随机数，pd为个体极值，pg为全局最优解。
39、s36、重复执行s33-s35的步骤，直到粒子群算法迭代次数达到设置的迭代次数，输出适应度函数进化曲线以及全局最优解(最优立管布置参数)。
40、进一步地，s4的具体实施方式为：
41、s41、将得到的最优立管布置参数在不同风、浪、流工况下通过orcaflex进行时域分析，得到时域分析结果文件。
42、s42、将得到的时域分析结果文件通过orcaflex中的立管疲劳分析模块进行求解分析，得到疲劳曲线以及立管线型图。
43、s43、结合疲劳曲线以及线型图分析得到疲劳损伤最大位置，判断设计是否满足要求。
44、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
45、1.通过粒子群算法进行海洋平台立管优化设计，相比传统的多次取值试算、强度校核的方法更容易找到全局最优解(最优立管布置位置)。
46、2.提出了一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，算法全程自动调用求解器进行计算分析，方便简单高效。
47、综上所述，本专利技术设计新颖合理，本专利技术提供的一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法能够很好的应用于海洋工程设计
，提高优化设计效率、得到更优的设计参数组合。
48、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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【技术保护点】
1.一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，方法具体包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，其特征在于所述S2包括：设计变量为立管悬挂方位角以及立管悬挂坐标、优化目标为立管触地段较小的疲劳损伤、约束条件为工程实际要求的立管与海洋平台系泊缆之间的位置关系(水平投影夹角要求、距离要求等)。
3.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，其特征在于所述S3包括：设置粒子群算法关键参数、初始化种群粒子位置和粒子速度、对种群中每个粒子均调用Orcaflex软件中的时域分析模块求解在不同风、浪、流工况下的时域分析结果，然后再通过立管疲劳分析模块，对立管进行疲劳分析获取立管触地段的最大疲劳损伤、根据适应度函数计算适应度值、进行粒子速度与位置更新过程。
4.权利要求3所述的适应度函数表达式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，方法具体包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的海洋平台立管优化设计方法，其特征在于所述s2包括：设计变量为立管悬挂方位角以及立管悬挂坐标、优化目标为立管触地段较小的疲劳损伤、约束条件为工程实际要求的立管与海洋平台系泊缆之间的位置关系(水平投影夹角要求、距离要求等)。
3.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦国伟，刘勇，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：
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