基于NSGA-Ⅱ的海星浮筒壳体结构优化

发布时间：2017-10-19 03:48

  本文关键词：基于NSGA-Ⅱ的海星浮筒壳体结构优化

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【摘要】：随着海洋油气资源开发逐步向深水和超深水发展,各种新型海洋油气开发装备及开发模式应运而生。在深海工程装备的研发方面,我国起步较晚,尚存在一系列急需解决的关键技术问题。针对我国南海环境下超深水油气资源开发所存在的特有问题,对一种新型超深水灾害性海洋环境要素适应性海洋油气开发作业支撑系统——张力系泊式水中生产系统(Subsurface Tension Leg Production system,简称STLP系统),进行了一系列的结构设计与优化。作为一种新型水中完井与油气外输系统,STLP系统主要由四部分组成：张力系泊的桁架式海星浮筒(Truss Sea-star Pontoon,简称T-SSP) 、由T-SSP张紧并与海底井口头相连接的刚性立管、位于T-SSP上部的完井装置及连接完井装置与浮式生产平台的柔性跨接管。本文在T-SSP初步结构设计的基础上,对潜没浮筒的部分结构进行结构设计与优化。本文的主要研究内容包括：针对T-SSP桁架式悬臂结构的壁厚及加强环形式的结构设计；基于API规范,采用第二代非支配排序遗传算法对海星浮筒壳体进行结构优化设计；海星浮筒结构强度的有限元计算分析。本文研究对T-SSP进行了结构设计与优化,为STLP系统的下一步研发工作奠定基础。此外,本文研究对于其它水下压力容器的结构设计及优化具有—定的参考价值。
【关键词】：STLP系统 潜没浮筒 NSGA-Ⅱ 结构优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE95;U674.38
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 深海油气开发现状8
• 1.1.1 国外油气开发现状8
• 1.1.2 国内油气开发现状8
• 1.2 深海海洋工程装备简介8-9
• 1.3 研究现状9-11
• 2 相关规范介绍11-30
• 2.1 悬臂结构设计规范11-15
• 2.1.1 轴向拉伸11
• 2.1.2 轴向压缩11-12
• 2.1.3 静水压力12-15
• 2.2 加强环剖面惯性矩的计算15-16
• 2.3 壳体稳定性规范16-30
• 2.3.1 纵向加强或环、纵向加强的圆柱壳体局部屈曲19-21
• 2.3.2 纵向加强或环、纵向加强的圆柱壳体板架屈曲21-24
• 2.3.3 纵向加强或环、纵向加强的圆柱壳体板架屈曲——替代算法24-25
• 2.3.4 环、纵向加强的圆柱壳体总体屈曲25
• 2.3.5 柱状屈曲25-26
• 2.3.6 加强筋屈曲26-27
• 2.3.7 许用应力计算27
• 2.3.8 应力计算27-30
• 3 第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)简介30-40
• 3.1 遗传算法的发展与特点30-31
• 3.1.1 遗传算法的发展30-31
• 3.1.2 遗传算法的特点31
• 3.2 非支配排序遗传算法(NSGA)31-34
• 3.2.1 多目标遗传算法的历史与发展31-32
• 3.2.2 多目标优化基本概念32-34
• 3.3 第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)34-40
• 3.3.1 快速非支配排序方法35-36
• 3.3.2 拥挤度及拥挤度比较算子36-38
• 3.3.3 NSGA-Ⅱ流程38-40
• 4 桁架式悬臂结构壁厚及加强环形式计算40-53
• 4.1 悬臂壁厚结构设计42-51
• 4.1.1 悬臂梁①的壁厚及相应加强环个数43-47
• 4.1.2 悬臂梁②的壁厚及相应加强环个数47-51
• 4.2 加强环的设计51-53
• 5 海星浮筒壳体结构优化53-72
• 5.1 数学模型53-54
• 5.1.1 设计变量53
• 5.1.2 目标函数53-54
• 5.1.3 约束条件54
• 5.2 上层舱室结构优化54-65
• 5.3 下层舱室结构优化65-72
• 6 海星浮筒的有限元分析72-87
• 6.1 海星浮筒强度校核72
• 6.1.1 材料属性定义及单元选取72
• 6.1.2 工况选取及约束定义72
• 6.1.3 安全系数选取72
• 6.2 计算与分析72-87
• 7 总结与展望87-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况91-92
• 致谢92-93

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