本發(fā)明屬于導(dǎo)管架部件優(yōu)化領(lǐng)域，尤其涉及一種海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著對海洋資源的開發(fā)不斷深入，海上平臺也逐漸廣泛的建設(shè)與應(yīng)用。其中，導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)因海洋石油開采而生，屬于固定式海洋工程結(jié)構(gòu)物，具有甲板面積大、可變荷載大、結(jié)構(gòu)安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，其大量應(yīng)用于海洋石油生產(chǎn)平臺。近年來，海上風(fēng)電逐漸向深遠(yuǎn)海發(fā)展，導(dǎo)管架基礎(chǔ)以其良好的剛度性能和對水深的強(qiáng)適應(yīng)性，正越來越多地應(yīng)用于海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)當(dāng)中。

2、由于海洋環(huán)境中導(dǎo)管架所受工作荷載的特殊性和復(fù)雜性，需要在導(dǎo)管架的設(shè)計(jì)環(huán)境中進(jìn)行大量的計(jì)算，以此確定每個結(jié)構(gòu)部件的尺寸選型。但是目前的海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的設(shè)計(jì)過程中，有通過海洋和風(fēng)機(jī)的信息來計(jì)算導(dǎo)管架中塔筒直徑、厚度和高度，從而完成對導(dǎo)管架的智能化設(shè)計(jì)，但是這種方法僅僅局限于風(fēng)機(jī)信息、海洋信息和塔筒尺寸，導(dǎo)致了導(dǎo)管架的部件優(yōu)化不夠全面和準(zhǔn)確。另外一種方法是通過收集數(shù)據(jù)進(jìn)行知識蒸餾從而得到導(dǎo)管架的部件優(yōu)化，但是這種受限于收集的數(shù)據(jù)，無法根據(jù)實(shí)際的海上風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境作出對導(dǎo)管架的部件的準(zhǔn)確優(yōu)化，因此，目前亟需一種新的海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化方法及裝置來解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化方法及裝置，以解決上述技術(shù)問題，通過海上風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)和最小獨(dú)立尺寸變量組，對導(dǎo)管架的下部根開尺寸、鋼管樁尺寸和構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化準(zhǔn)確度。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化方法，包括：

3、獲取海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)；

4、根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸；

5、根據(jù)預(yù)設(shè)海上風(fēng)機(jī)構(gòu)造要求構(gòu)建導(dǎo)管架的最小獨(dú)立尺寸變量組；

6、根據(jù)所述最小獨(dú)立尺寸變量組確定導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸；

7、根據(jù)所述下部根開尺寸、鋼管樁尺寸和構(gòu)件截面尺寸，結(jié)合海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件進(jìn)行優(yōu)化和校驗(yàn)，得到海上風(fēng)機(jī)的最優(yōu)導(dǎo)管架。

8、可以理解的是，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過海上風(fēng)機(jī)地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)對導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使得導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸與海上風(fēng)機(jī)的地質(zhì)數(shù)據(jù)與額定設(shè)備數(shù)據(jù)掛鉤，使得導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸更加符合海上風(fēng)機(jī)的實(shí)際需求，從而提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。通過構(gòu)建最小獨(dú)立尺寸變量組，能夠?qū)?dǎo)管架的構(gòu)件尺寸進(jìn)行全面約束，從而使得對構(gòu)件截面尺寸的優(yōu)化更加準(zhǔn)確，提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。以海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)，對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架中最為核心的下部根開、鋼管樁和構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行迭代優(yōu)化，提高了海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化準(zhǔn)確度，使得得到的海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架能夠更加符合海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行要求，保障了海上風(fēng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

9、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸，具體包括：

10、根據(jù)所述額定設(shè)備數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管架的下部根開尺寸；

11、根據(jù)預(yù)設(shè)第一優(yōu)化方法和枚舉法確定導(dǎo)管架的灌漿插腿長度和插腿壁厚，進(jìn)而確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑；

12、基于所述導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑，結(jié)合所述地質(zhì)數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁長；

13、根據(jù)所述導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑和鋼管樁樁長得到導(dǎo)管架的鋼管樁尺寸。

14、本優(yōu)選方案通過海上風(fēng)機(jī)地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)對導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使得導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸與海上風(fēng)機(jī)的地質(zhì)數(shù)據(jù)與額定設(shè)備數(shù)據(jù)掛鉤，使得導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸更加符合海上風(fēng)機(jī)的實(shí)際需求，從而提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。

15、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)預(yù)設(shè)第一優(yōu)化方法和枚舉法確定導(dǎo)管架的灌漿插腿長度和插腿壁厚，進(jìn)而確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑，具體包括：

16、根據(jù)枚舉法對預(yù)設(shè)備選樁徑集合進(jìn)行篩選，并對篩選得到的備選樁徑對應(yīng)的海上風(fēng)機(jī)頻率進(jìn)行驗(yàn)證，得到初始樁徑；

17、根據(jù)預(yù)設(shè)第一優(yōu)化方法，結(jié)合所述初始樁徑確定導(dǎo)管架的漿插腿長度和插腿壁厚，進(jìn)而確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑。

18、本優(yōu)選方案通過對導(dǎo)管架的灌漿插腿長度和插腿壁厚進(jìn)行優(yōu)化和枚舉，從而使得導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑更加符合海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行需求，從而提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的鋼管樁尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。

19、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)預(yù)設(shè)第一優(yōu)化方法，結(jié)合所述初始樁徑確定導(dǎo)管架的灌漿插腿長度和插腿壁厚，進(jìn)而確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑，具體包括：

20、根據(jù)預(yù)設(shè)導(dǎo)海上風(fēng)機(jī)構(gòu)造要求并結(jié)合所述初始樁徑確定導(dǎo)管架灌漿段尺寸限制表；

21、根據(jù)所述導(dǎo)管架灌漿段尺寸限制表構(gòu)建導(dǎo)管架灌漿段徑向接觸壓力表達(dá)式；

22、根據(jù)所述導(dǎo)管架灌漿段徑向接觸壓力表達(dá)式確定導(dǎo)管架的插腿壁厚和第一樁徑；

23、根據(jù)所述導(dǎo)管架灌漿段尺寸限制表構(gòu)建導(dǎo)管架灌漿段軸向承載力表達(dá)式；

24、根據(jù)所述導(dǎo)管架灌漿段軸向承載力表達(dá)式，結(jié)合所述第一樁徑確定導(dǎo)管架的灌漿插腿長度和第二樁徑；

25、根據(jù)所述第二樁徑，確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑。

26、本優(yōu)選方案通過對導(dǎo)管架的灌漿插腿長度和插腿壁厚進(jìn)行優(yōu)化和枚舉，從而使得導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑更加符合海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行需求，從而提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的鋼管樁尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。

27、作為優(yōu)選方案，所述基于所述導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑，結(jié)合所述地質(zhì)數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管架的鋼管樁樁長，具體包括：

28、根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建導(dǎo)管架的軸向承載力表達(dá)式和抗撥承載力表達(dá)式；

29、根據(jù)所述軸向承載力表達(dá)式和抗撥承載力表達(dá)式，結(jié)合所述導(dǎo)管架的鋼管樁樁徑，使用二分法對預(yù)設(shè)鋼管樁樁長進(jìn)行迭代優(yōu)化，得到導(dǎo)管架的鋼管樁樁長。

30、本優(yōu)選方案通過地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建導(dǎo)管架的軸向承載力表達(dá)式和抗撥承載力表達(dá)式，以能夠?qū)?dǎo)管架的鋼管樁樁長進(jìn)行迭代優(yōu)化，從而使得導(dǎo)管架的鋼管樁樁長更加符合海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行需求，從而提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的鋼管樁尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。

31、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)預(yù)設(shè)海上風(fēng)機(jī)構(gòu)造要求構(gòu)建導(dǎo)管架的最小獨(dú)立尺寸變量組,具體包括：

32、根據(jù)預(yù)設(shè)海上風(fēng)機(jī)構(gòu)造要求獲取導(dǎo)管架中圓管的外徑與壁厚的變化范圍；

33、根據(jù)預(yù)設(shè)海上風(fēng)機(jī)構(gòu)造要求獲取導(dǎo)管架中主腿與斜撐上相鄰壁厚分段的壁厚差值上限；

34、根據(jù)所述變化范圍和壁厚差值上限構(gòu)建導(dǎo)管架的最小獨(dú)立尺寸變量組。

35、本優(yōu)選方案通過導(dǎo)管架中圓管的外徑與壁厚的變化范圍、主腿與斜撐上相鄰壁厚分段的壁厚差值上限構(gòu)建最小獨(dú)立尺寸變量組，能夠?qū)?dǎo)管架的構(gòu)件進(jìn)行約束，從而確保了對導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸的優(yōu)化準(zhǔn)確度。

36、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)所述最小獨(dú)立尺寸變量組確定導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸,具體包括：

37、將所述最小獨(dú)立尺寸變量組作為驅(qū)動參數(shù)，并結(jié)合預(yù)設(shè)構(gòu)件最高應(yīng)力比、構(gòu)件最低應(yīng)力比和構(gòu)件疲勞損傷目標(biāo)范圍建立計(jì)算模型；

38、根據(jù)所述計(jì)算模型對導(dǎo)管架的預(yù)設(shè)初始構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行迭代和評估，得到評估結(jié)果；

39、當(dāng)所述評估結(jié)果滿足預(yù)設(shè)閾值要求，完成對所述預(yù)設(shè)初始構(gòu)件截面尺寸的迭代，得到導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸。

40、本優(yōu)選方案通過最小獨(dú)立尺寸變量組，能夠?qū)?dǎo)管架的構(gòu)件尺寸進(jìn)行全面約束，從而使得對構(gòu)件截面尺寸的優(yōu)化更加準(zhǔn)確，提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。

41、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)所述計(jì)算模型對導(dǎo)管架的預(yù)設(shè)初始構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行迭代和評估，得到評估結(jié)果,具體包括：

42、所述預(yù)設(shè)初始構(gòu)件截面尺寸包括：初始圓管構(gòu)件截面尺寸；

43、根據(jù)所述計(jì)算模型依次對所述初始圓管構(gòu)件截面尺寸的外徑和壁厚進(jìn)行迭代和評估，得到初始圓管構(gòu)件截面尺寸的波流荷載評估結(jié)果。

44、本優(yōu)選方案通過最小獨(dú)立尺寸變量組，能夠?qū)?dǎo)管架的構(gòu)件尺寸進(jìn)行全面約束，從而使得對構(gòu)件截面尺寸的優(yōu)化更加準(zhǔn)確，提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。

45、作為優(yōu)選方案，所述根據(jù)所述下部根開尺寸、鋼管樁尺寸和構(gòu)件截面尺寸，結(jié)合海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件進(jìn)行優(yōu)化和校驗(yàn)，得到海上風(fēng)機(jī)的最優(yōu)導(dǎo)管架,具體包括：

46、根據(jù)海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)獲取海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的若干校驗(yàn)指標(biāo)；

47、根據(jù)所述下部根開尺寸、鋼管樁尺寸和構(gòu)件截面尺寸構(gòu)建海上風(fēng)機(jī)的初始導(dǎo)管架；

48、根據(jù)每個所述校驗(yàn)指標(biāo)對所述初始導(dǎo)管架進(jìn)行校驗(yàn)，并根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果對所述下部根開尺寸、鋼管樁尺寸和構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以使海上風(fēng)機(jī)的初始導(dǎo)管架滿足每個所述校驗(yàn)指標(biāo)，得到海上風(fēng)機(jī)的最優(yōu)導(dǎo)管架。

49、本優(yōu)選方案通過海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)，對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架中最為核心的下部根開、鋼管樁和構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行迭代優(yōu)化，提高了海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化準(zhǔn)確度，使得得到的海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架能夠更加符合海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行要求，保障了海上風(fēng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

50、相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化裝置，包括：海上風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)獲取模塊、下部根開與鋼管樁尺寸計(jì)算模塊、最小獨(dú)立尺寸變量組計(jì)算模塊、構(gòu)件截面尺寸計(jì)算模塊和最優(yōu)導(dǎo)管架構(gòu)建模塊；

51、其中，所述海上風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)獲取模塊用于獲取海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)；

52、所述下部根開與鋼管樁尺寸計(jì)算模塊用于根據(jù)所述地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)確定導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸；

53、所述最小獨(dú)立尺寸變量組計(jì)算模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)海上風(fēng)機(jī)構(gòu)造要求構(gòu)建導(dǎo)管架的最小獨(dú)立尺寸變量組；

54、所述構(gòu)件截面尺寸計(jì)算模塊用于根據(jù)所述最小獨(dú)立尺寸變量組確定導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸；

55、所述最優(yōu)導(dǎo)管架構(gòu)建模塊用于根據(jù)所述下部根開尺寸、鋼管樁尺寸和構(gòu)件截面尺寸，結(jié)合海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件進(jìn)行優(yōu)化和校驗(yàn)，得到海上風(fēng)機(jī)的最優(yōu)導(dǎo)管架。

56、可以理解的是，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本裝置通過海上風(fēng)機(jī)地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)對導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸進(jìn)行優(yōu)化，使得導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸與海上風(fēng)機(jī)的地質(zhì)數(shù)據(jù)與額定設(shè)備數(shù)據(jù)掛鉤，使得導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸更加符合海上風(fēng)機(jī)的實(shí)際需求，從而提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的下部根開尺寸和鋼管樁尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。通過構(gòu)建最小獨(dú)立尺寸變量組，能夠?qū)?dǎo)管架的構(gòu)建尺寸進(jìn)行全面約束，從而使得對構(gòu)件截面尺寸的優(yōu)化更加準(zhǔn)確，提高了對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的構(gòu)件截面尺寸優(yōu)化準(zhǔn)確度。以海上風(fēng)機(jī)的水文數(shù)據(jù)、地質(zhì)數(shù)據(jù)和額定設(shè)備數(shù)據(jù)，對海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架中最為核心的下部根開、鋼管樁和構(gòu)件截面尺寸進(jìn)行迭代優(yōu)化，提高了海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架的部件優(yōu)化準(zhǔn)確度，使得得到的海上風(fēng)機(jī)導(dǎo)管架能夠更加符合海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)行要求，保障了海上風(fēng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。