基于变步长搜索法的系泊系统优化设计.doc

摘要:系泊系统是通过缆绳或其他机械装置将水面结构固定的系统，单点系泊油轮不用靠港，而是在离岸足够水深处，设置一浮单点卸油装置，通过漂浮在海面上的浮筒和铺设在海底与陆地贮藏系统连接的管道，将油卸输至岸。我国海域辽阔，受海洋气流影响的季风气候对我国沿海城市的影响尤其深刻。经济的快速发展导致我国的海洋环境愈发恶劣。因此建立海上观测平台，实现海洋气象、环境等方面的实时监测对人们生产生活的意义重大。我国对于海洋系泊系统的优化设计起步较晚，大部分科研工作者只是做了理论优化设计的研究。本文针对系泊系统设计问题，建立最小二乘优化，多目标规划等模型，利用变步长搜索法求解各系泊参数以及对系统进行优化设计。

本文首先解决优化参数的问题，从定常风力作用下的极限状态开始考虑，用隔离法对系统各部分进行静力分析得到代数方程组，并加入力矩对钢管和钢桶的倾角进行修正。由于对方程组求解，初值的不确定会导致较大误差的产生，此部分利用最小二乘法以吃水深度搜索误差最小为目标构建优化模型，并且为了提高运算效率，利用变步长搜索法进行求解得到不同风速下的各种系泊参数。其次在针对重物球的优化设计时，设定钢桶的倾斜角度不超过，锚链在锚点与海床的夹角不超过，此设定方便水下通讯设备的正常运转，该部分以重物球质量的优化为突破口，利用整体受力分析法和力矩平衡得到小球质量与倾斜角度，吃水深度与锚点、海床夹角之间的函数关系。基于系泊系统的设计原则，以倾斜角度和夹角最小进行多目标优化。最后，对上述函数关系利用分层序列法进行整体优化设计，考虑不同的变量组合，选定水深为18m，风速为36m/s，水速为1.5m/s，变步长搜索得到一组较优方案：选用23.4m长的号锚链，重物球为1520kg。

本文最终设计得到的单点系泊系统优化结果具有成本低，结构简单，方向性较好等优点。可以推广在近海系泊系统中使用，对于近海环境的实时观测具有指导意义。

关键词  最小二乘法；变步长搜索法；多目标规划；分层序列法

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1 研究背景与意义-1

1.2 国内外文献综述-1

1.3 论文研究内容框架与主要方法-2

2 基本研究问题概述以及名词解释-4

2.1 基本研究问题概述-4

2.2 基本名词解释-5

2.3 符号变量与说明-5

3 优化建模设计-7

3.1 各种优化参数的求解-7

3.1.1 基本研究假设-7

3.1.2 极限状态下的静力平衡分析-7

3.1.3 代数方程组的建立-11

3.1.4非线性最小二乘优化模型的构建-12

3.1.5 变步长搜索法求解最小二乘优化模型-14

3.2 优化设计重物质量-18

3.2.1风速为36m/s时参数的变化情况-18

3.2.2多目标规划模型的构建-19

3.2.3 多目标优化模型求解-20

3.3 整体的系泊系统优化设计-22

3.3.1考虑近海水流力的静力平衡分析-22

3.3.2 整体设计模型的构建-23

3.3.3 整体设计模型的简化求解-24

3.4 模型推广-24

4 模型的进一步改进方法-26

4.1 本文模型的主要优点与创新点-26

4.2 本文方法的进一步改进-26

4.2.1 针对搜索算法的改进-26

4.2.2 针对静态平衡分析的改进-26

结论-28

致谢-29

参考文献-30

附录-31