水下生產系統(tǒng)臍帶纜結構可靠性分析與優(yōu)化設計.pdf

1、臍帶纜是深海油氣開發(fā)的關鍵設備，是整個水下生產系統(tǒng)的“血液神經”，因此需要對臍帶纜進行合理設計和精確分析，確保力學性能滿足安全要求。目前臍帶纜的設計仍是基于安全系數(shù)的設計方法，未考慮隨機因素的影響，但是由于臍帶纜的重要性和應用環(huán)境的特殊性，隨機性因素是不可忽略的。因此本文將可靠性分析引入到臍帶纜設計中，從截面和整體兩方面詳細介紹了臍帶纜可靠性分析與優(yōu)化設計方法，完善了臍帶纜的研究內容。
　　截面設計是臍帶纜設計過程中的基礎，直接決

2、定了臍帶纜的物理特性及力學性能,因此本文考慮臍帶纜內部關鍵構件鋼管的尺寸隨機性與材料屬性隨機性，分析在位運行狀態(tài)下與頂部浮體連接處的臍帶纜截面強度可靠性。對于不滿足可靠度要求的設計，構建了臍帶纜截面強度可靠性優(yōu)化模型，以可靠度指標為約束對臍帶纜截面進行優(yōu)化設計，對比優(yōu)化結果發(fā)現(xiàn)基于可靠性的臍帶纜設計相比確定性設計的臍帶纜更具安全性與經濟性。
　　針對臍帶纜整體極值分析中的局限性，本文應用代理模型方法建立海洋波浪方向，海流方向及浮體

3、位置與整體拉力極值和彎曲半徑極值之間的近似模型，以高精度計算量小的數(shù)學模型替代原本高度非線性的有限元模型，基于此數(shù)學模型考慮輸入變量的隨機分布規(guī)律給出了整體線型極值的可靠性分析方法。
　　考慮到現(xiàn)有整體線型設計過程中參數(shù)多，組合工況復雜，且缺乏理性的設計方法，因此，基于前述整體線型可靠性分析方法建立了以極值可靠度為約束，以線型長度為優(yōu)化目標的優(yōu)化設計模型，通過智能類優(yōu)化算法求解給出了更為經濟合理的設計方案，解決了傳統(tǒng)設計中的難點。