[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

说明书

本发明公开了一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法，包括：S1，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系统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，获得单点系泊系统结构安全预测代理模型；S6，获得单点结构应力预测值；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；所述单点系泊系统结构安全预测代理模型进行预警；本发明预测速度快、稳定性强，通过预报预警，以期为现场决策提供参考。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法。

背景技术

FPSO普遍应用于油气开发，成为当今世界主流的海洋工程装备。由于单点系泊系统在风浪流作用下呈现“风向标效应”，被系泊物处于受力最小位置，因此成为FPSO系泊的主要方式之一。与常用于深海的锚链式单点系泊系统相比，软钢臂单点系泊系统常用于浅海，具有单点位置固定、船体位移小、管汇固定等优势。针对浅海海洋环境较为温和这一特点，开展FPSO软钢臂单点系泊系统延寿研究，成为了目前的一大热点。加装监测装置，关注软钢臂单点系泊系统的运行状态，是获取软钢臂结构应力的最直接方法。

然而，在系泊腿轴承内部无法安装应变片等监测装置，难以获取系泊腿铰点应力，只能通过在附近位置设置监测点推算出系泊腿铰点应力，精度有待提高。对于YOKE臂与YOKE压载舱连接位置也是如此。另外，腐蚀、晃动和寿命有限等不利因素降低了监测设备的稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法。此方法通过数值模拟，获取船体吃水和环境参数、对应的单点结构应力样本集。通过神经网络算法获取输入与输出之间的映射关系，输入船体吃水和环境参数，获取单点结构应力，实现预报预警。

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种软钢臂单点系泊系统结构安全预报预警方法，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，基于以下相关性公式确定关联参数，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；

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；

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。

进一步，所述步骤S1与S2中，建立单点系泊系统有限元模型过程：

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；