[发明专利]一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法

权利要求书

1.一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，通过海上浮式生产储油船FPSO水动力模型建立FPSO与软钢臂单点系泊系统耦合模型；

S2，通过软钢臂单点系泊系统的单点结构在ANSYS中建立单点结构有限元模型；

S3，对所述FPSO与软钢臂单点系泊系统耦合模型进行时域模拟和所述单点结构有限元模型进行有限元计算；

S4，基于时域模拟和有限元计算的结果建立海洋环境与船体特征和单点结构应力的样本集；

S5，采用所述样本集对神经网络模型训练和测试获得单点系泊系统结构安全预测代理模型；

S6，对所述安全预测代理模型输入特征的预报值获得单点结构应力预测值；

其中：特征包括FPSO艏吃水、FPSO艉吃水、有效波高、谱峰周期、风速、相对风向、流速与相对流向，单点结构应力包括系泊腿铰点应力最大值和YOKE关键位置应力最大值；

S7，对比单点结构应力预测值与阈值实现预报预警；若预测值达到或超过阈值时；所述安全预测代理模型进行预警。

2.根据权利要求1所述的一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法，其特征在于，

所述步骤S1与S2中，建立单点结构有限元模型过程：

根据FPSO型值表和典型装载工况，在AQWA中建立涵盖不同吃水的FPSO水动力模型，进行水动力分析；将水动力分析结果导入Orcaflex，建立FPSO与软钢臂单点系泊系统耦合模型；

根据单点结构图纸，在ANSYS中建立单点结构有限元模型；其中：所述单点结构有限元模型，包括左右系泊腿和YOKE，将YOKE头部与导管架连接位置简化为固定端约束；

所述单点结构有限元模型的加载方式为在左右系泊腿上端施加位移载荷。

3.根据权利要求1所述的一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法，其特征在于，

所述步骤S3中，对耦合模型和有限元模型进行试算，根据如下公式分析不同船体参数、海洋环境参数与单点结构应力之间的相关性；

其中：X是环境参数或船体参数，Y是单点结构应力，Cov(X,Y)是协方差，Var[X]是方差，r(X,Y)是线性相关系数；

特征分别为：FPSO艏吃水、FPSO艉吃水、有效波高、谱峰周期、风速、相对风向、流速与相对流向；根据特征的取值范围，有效波高、风速、流速之间的相互影响，将特征排列组合成不同计算工况，对耦合模型进行时域模拟；

针对单个工况，在耦合模型中提取左右系泊腿上端位移载荷时域数据；

在单点结构有限元模型中，将位移载荷时域数据作为位移载荷施加在左右系泊腿上端，进行有限元计算。

4.根据权利要求1所述的一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法，其特征在于，

所述步骤5中采用样本集对神经网络模型训练和测试获得单点系泊系统结构安全预测代理模型过程：

根据特征和待预测单点结构应力变量建立初步神经网络模型；

根据样本集按照如下公式对样本集进行标准化；

其中：X是原始值，x为标准化之后的值，μ为样本空间的分值均值，σ则为样本空间的标准差；

将样本集划分为训练集和测试集；

调节batch size大小、隐含层神经元个数以及隐含层数来训练神经网络；

通过如下公式计算测试集的均方误差，当均方误差达到最小，获得单点系泊系统结构安全预测代理模型：

其中：O_p为模型输出值，T_p为期望输出值，n为输入值的个数。