超大型海上平台连接器刚度优化及设计

论文摘要

超大型海上浮动平台作为一种特殊的海洋工程装备,旨在国家权益维护和资源开发。由于其尺寸巨大,考虑到结构的安全性和建造、运输以及安装的可行性,它一般采用模块化设计。模块之间通过柔性连接器进行连接,因而连接器是整个系统中最重要的部件。选择合适的连接器刚度配比有助于提升系统的动力学稳定性以及系统在恶劣海况下的生存能力。同时柔性连接器的各向刚度分配也是其结构设计的先决条件。本文以超大型海上浮动平台为背景,以模块间的柔性连接器为研究对象,提出了一种通用的优化方法来确定柔性连接器的最优刚度配比,并以此优化结果指导柔性连接器的结构设计。论文基于线性波理论,采用刚性模块柔性连接器模型,将连接器简化为具有三个方向刚度的线性弹簧模型,建立了多模块浮体系统的动力学模型。基于该动力学模型,初步对连接器刚度特性进行了分析,为连接器的刚度优化提供了理论参考。就设计意图而言,设计者希望系统的响应和连接器载荷都尽量小以满足工程需求,但是这两者之间存在相互矛盾的关系,很显然这是一个典型的多目标优化问题。论文针对不同模块数量的链式浮动机场,结合加权和法以及遗传算法建立了连接器刚度的优化流程,开展了不同海况条件下连接器最优刚度配比研究。结果表明,连接器采用纵向小刚度、横向和垂向大刚度对链式浮动机场的动力学性能最为有利。相比于刚性铰接式连接器,具有该刚度配比的连接器性能更为优异。基于优化结果,论文对连接器的刚度设计可行域进行了探讨,以指导连接器的结构设计。针对三模块超大型海上浮动平台,依据连接器优化刚度的设计范围,论文提出了一款新型柔性连接器。采用有限元方法分析了连接器结构应力、变形和刚度特性,校核了结构强度。作为连接器优化刚度配比的实例应用,论文验证了刚度优化配比方法的技术可行性。现阶段针对柔性连接器各向刚度的研究仍然较少,本文提出了一套通用的优化方法以寻求连接器的最优刚度配比。优化中综合考虑了实际的工程需求和海浪环境等各方面因素,可适用于不同的多模块浮体系统和非规则波浪环境。同时,论文也提出了新型的柔性连接器的设计,可用于超大型海上浮动平台模块间的连接。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 超大型浮体
•     1.2.2 超大型浮体模块间连接器
•     1.2.3 超大型浮体及连接器等效计算模型
•     1.2.4 超大型浮体连接器刚度特性分析
•   1.3 主要研究工作
• 第2章 超大型海上平台动力学建模及分析
•   2.1 引言
•   2.2 线性水动力模型
•   2.3 多模块浮体系统动力学方程
•   2.4 随机波浪环境下浮体响应短期预报
•   2.5 连接器刚度对系统响应和连接载荷的影响
•   2.6 本章小结
• 第3章 超大型海上平台连接器刚度优化
•   3.1 引言
•   3.2 优化模型的建立
•     3.2.1 优化问题的描述
•     3.2.2 目标函数和约束
•   3.3 优化算法
•   3.4 案例分析
•     3.4.1 决策变量可行域及权重
•     3.4.2 结果分析
•     3.4.3 对比分析
•   3.5 刚度设计的可行域
•   3.6 本章小结
• 第4章 超大型海上平台连接器设计
•   4.1 引言
•   4.2 连接器设计载荷及结构
•     4.2.1 设计载荷
•     4.2.2 连接器结构
•   4.3 连接器强度及刚度分析
•   4.4 本章小结
• 总结与展望
•   总结
•   创新点
•   研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 附录 B（攻读学位期间所参加的主要科研项目）

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵淮

导师: 徐道临

关键词: 超大型海上浮动平台,柔性连接器,刚度优化,结构设计

来源: 湖南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 湖南大学

分类号: P75

DOI: 10.27135/d.cnki.ghudu.2019.002156

总页数: 74

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