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海洋固定平台模糊优化与模糊可靠性研究

翟钢军  
【摘要】: 本文的研究结合国家自然科学基金重大项目:“大型复杂结构的关键科学 问题及设计理论研究”中子课题“复杂环境下海洋平台结构系统的优化理论” 中二级子课题“海洋平台结构系统的优化设计”,针对结构优化设计理论、结 构可靠性理论和工程模糊理论,在国内外有关研究成果的基础上,充分考虑 了海洋固定平台结构优化设计的特点,对海洋平台结构优化设计理论、模型 和相关一些问题进行了较为深入的研究,形成了以下主要研究成果: 1.海洋平台结构选型模糊优化理论与方法 本章在理论上结合海洋固定平台提出了结合层次分析法、优先关系法、 模糊重心矩法和确定隶属函数的互补性与互反性准则的非结构性模糊优化的 多目标、多准则、多层次模糊优选规划方法。不但成功解决了定性问题定量 化的方法,而且建立了基于层次分析法与优先关系法的模糊优选规划大系统。 采用以上理论对渤海一边际油田方案设计进行多层次模糊优选,成功的 将影响平台设计选型的十三个因素和八种平台设计型式进行了多层模糊优选 决策,得到了科学的决策结果。论文建立了基于结构性因素的海洋平台多目 标模糊选型优化规划方法,对一现役平台的结构选型进行了模糊优化,算例 显示了这一方法的具有很强的实用性。以上研究为海洋固定平台这一大型复 杂结构的方案选型优化提出了一种量化分析的理论手段。 2.导管架平台结构与形状模糊优化研究 论文建立了考虑模糊因素的导管架海洋平台模糊优化设计模型,在模型确 定中首次提出了模糊优化容差系数的概念,为模糊优化计算带来了方便并提供 了有力的科学依据。采用多级模糊优选决策方法成功地得出对优化计算影响最 大的容差系数,为将模糊优化引入平台设计奠定了理论基础。 研究认为考虑模糊因素的导管架海洋平台模糊优化设计是可行的,且经济 效益是可观的。算例优化结果显示出了模糊优化设计中结构各构件之间的协调 关系,从平台结构系统的模糊性入手,将可得到较为科学的优化结果。 摘 要 一 论文针对平台几何形状不仅诀定导管架平台占有空间体积的大小,同时也 直接影响导管架平台的受力状态这一情况,引人了导管架海洋平台模糊形状优 化设计模型这一新的优化设计方法。使结构在灵敏度分析和最优逼近搜索的基 础上,使结构达到全局最优,其优化算法克服了分步、分层形状优化算法陷于 局部最优点的难题。从算例可以看出模糊形状优化设计的平均直径比截面优化 设计和模糊优化设计又有所减小,平台结构的受力状态也得到较大改善,桩基 的承载力通过桩、导管腿的平均直径和桩的入土深度协调,平台侧向刚度通过 横撑、斜撑的平均直径和导管架的层高来协调,显示了导管架海洋平台模糊形 状优化设计的合理性和有效性。 3.导管架海洋平台的模糊可靠性分析与优化 本章围绕目前海洋工程中不确定问题的概率分析中包括的三大方面:工程 随机力学、工程的风险评估和可靠度分析、基于可靠度理论的设计方法,进行 了研究,建立了海洋平台随机有限元可靠性模糊优化模型。 进行基于随机有限元的导管架平台构件可靠性研究与计算。在以往的计算 中对于材料的变异性、荷载的随机性往往考虑较少,无法真实反映结构的可靠 性水平,因而本文首次将随机有限元方法引入平台构件可靠性计算中,建立了 基于摄动随机有限元方法的平台构件可靠性分析模型,得到了较为准确的构件 可靠性计算结果。 论文研究了体系的可靠性指标和各单元的可靠性最优分配,针对导管架平 台这样具有上百根杆件的高次超静定的大型复杂结构系统的特点,在考虑影响 因素模糊性前提下,将系统的可靠度合理地分配到系统的各个单元和各个功能 层次,使导管架海洋平台在尺寸、重量、造价等限制条件下,利用最优模糊可。 靠性分配模型使体系达到模糊最优可靠性分配。并对体系可靠性的求解、主要 失效模式的寻找、期望失效费用的加以确定。本文考虑结构的可靠性并从模糊 可靠性的观点对结构加以分析,在准确的可靠性约束情况下,建立了导管架海 洋平台结构可靠性模糊优化设计模型。利用该模型进行了算例分析,计算结果 显示了该模型具有较好的适用性与经济性。


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