本發(fā)明涉及浮式平臺(tái)校核，具體涉及一種基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、浮式平臺(tái)是用于深遠(yuǎn)海作業(yè)的主要的支撐手段，廣泛應(yīng)用于油氣開發(fā)、風(fēng)力發(fā)電、遠(yuǎn)海養(yǎng)殖等領(lǐng)域。在浮式基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，穩(wěn)性的校核是其中不可缺少的一環(huán)。穩(wěn)性是代表的浮式平臺(tái)在傾斜時(shí)，回復(fù)正浮狀態(tài)的能力。本發(fā)明在等排水體積法的基礎(chǔ)上，給出一種基于bem和坐標(biāo)變換的穩(wěn)性計(jì)算方法，本方法略去了等排水體積法中關(guān)于慣性矩的計(jì)算，簡化了算法，該方法適用于大部分的海上浮式平臺(tái)，具有很強(qiáng)的普適性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，包括：

2、步驟s1：獲取浮式平臺(tái)的邊界離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心坐標(biāo)；

3、步驟s2：設(shè)定浮式平臺(tái)的傾斜角度的步進(jìn)值和風(fēng)向，根據(jù)風(fēng)向?qū)λ龈∈狡脚_(tái)的離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換；

4、步驟s3：計(jì)算初始狀態(tài)下的浮式平臺(tái)的排水體積；

5、步驟s4：根據(jù)所述浮式平臺(tái)的傾斜角度的步進(jìn)值對(duì)浮式平臺(tái)的離散點(diǎn)和重心坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，并分別計(jì)算對(duì)應(yīng)傾斜角度下浮式平臺(tái)的排水體積、水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)，以確定傾斜后的水線面位置；

6、步驟s5：根據(jù)所述水線面位置，對(duì)浮式平臺(tái)的離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算變換后的水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)；

7、步驟s6：利用變換后的重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)計(jì)算浮式平臺(tái)的穩(wěn)性力臂；循環(huán)步驟s4和步驟s6，直到計(jì)算出的所述穩(wěn)性力臂小于0；

8、步驟s7:根據(jù)所述穩(wěn)性力臂調(diào)整優(yōu)化浮式平臺(tái)的狀態(tài)。

9、在其中一些具體實(shí)施例中，所述傾斜角度的步進(jìn)值為1°~5°。

10、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s2中，所述坐標(biāo)變換根據(jù)下式確定：

11、；

12、其中，表示風(fēng)向。

13、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s4中，所述坐標(biāo)變換根據(jù)下式確定：

14、；

15、式中，為傾斜角度的步進(jìn)值。

16、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s4中，所述水線面位置根據(jù)下式確定：

17、；

18、其中， l為水線面的修正距離, v為排水體積； v 0為初始狀態(tài)下的浮式平臺(tái)的排水體積。

19、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s4包括：

20、步驟s41:以水平面為基準(zhǔn)，將水線面以下部分的點(diǎn)和面元分離出來；

21、步驟s42:將分離出來的各個(gè)面元分別向水線面投影，所述面元的頂點(diǎn)和所述投影的頂點(diǎn)，圍成一個(gè)三維立方體；

22、步驟s43:計(jì)算所述三維立方體的體積、體心坐標(biāo)和三維立方體每個(gè)面的中心坐標(biāo)，并確定所述面元的法向量，并保證所述法向量指向所述浮式平臺(tái)的外部；

23、步驟s44:根據(jù)所述三維立方體的體積、體心坐標(biāo)、三維立方體的每個(gè)面的中心坐標(biāo)和所述面元的法向量確定所述不同傾斜角度下所述浮式平臺(tái)的排水體積、水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)。

24、在其中一些具體實(shí)施例中，步驟s5中，所述坐標(biāo)變換根據(jù)下式確定:

25、；

26、其中， l表示水線面的修正距離。

27、在其中一些具體實(shí)施例中，所述穩(wěn)性力臂根據(jù)下式確定：

28、；

29、其中，為浮心坐標(biāo)的橫坐標(biāo)，為重心坐標(biāo)的橫坐標(biāo)。

30、為實(shí)現(xiàn)同一發(fā)明目的，本申請(qǐng)還提供了一種基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的系統(tǒng)，包括：

31、坐標(biāo)獲取模塊：用于獲取浮式平臺(tái)的邊界離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心坐標(biāo)；

32、初始值設(shè)定模塊：用于設(shè)定浮式平臺(tái)的傾斜角度的步進(jìn)值和風(fēng)向，根據(jù)風(fēng)向?qū)λ龈∈狡脚_(tái)的離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換；

33、體積計(jì)算模塊：用于計(jì)算初始狀態(tài)下的浮式平臺(tái)的排水體積；

34、迭代計(jì)算模塊：用于根據(jù)所述浮式平臺(tái)的傾斜角度的步進(jìn)值對(duì)浮式平臺(tái)的離散點(diǎn)和重心坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，并分別計(jì)算不同傾斜角度下浮式平臺(tái)的排水體積、水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)，以確定傾斜后的水線面位置；

35、坐標(biāo)變換模塊：用于根據(jù)所述水線面位置，對(duì)浮式平臺(tái)的離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算變換后的水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)；

36、力臂計(jì)算模塊：用于利用變換后的重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)計(jì)算浮式平臺(tái)的穩(wěn)性力臂；重復(fù)執(zhí)行迭代計(jì)算模塊和坐標(biāo)變換模塊，直到計(jì)算出的所述穩(wěn)性力臂小于0；

37、浮式平臺(tái)優(yōu)化模塊:用于根據(jù)所述穩(wěn)性力臂調(diào)整優(yōu)化浮式平臺(tái)的狀態(tài)。

38、在其中一些具體實(shí)施例中，所述迭代計(jì)算模塊用于執(zhí)行以下步驟：

39、步驟s41:以水平面為基準(zhǔn)，將水線面以下部分的點(diǎn)和面元分離出來；

40、步驟s42:將分離出來的各個(gè)面元分別向水線面投影，所述面元的頂點(diǎn)和所述投影的頂點(diǎn)，圍成一個(gè)三維立方體；

41、步驟s43:計(jì)算所述三維立方體的體積、體心坐標(biāo)和三維立方體每個(gè)面的中心坐標(biāo)，并確定所述面元的法向量，并保證所述法向量指向所述浮式平臺(tái)的外部；

42、步驟s44:根據(jù)所述三維立方體的體積、體心坐標(biāo)、三維立方體的每個(gè)面的中心坐標(biāo)和所述面元的法向量確定所述不同傾斜角度下所述浮式平臺(tái)的排水體積、水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)。

43、上述技術(shù)方案的有益效果：

44、本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N基于邊界元法和坐標(biāo)變換浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法可以獲取浮式平臺(tái)在不同傾斜角度下的穩(wěn)性力臂；本方法還可以獲取浮式平臺(tái)在任意風(fēng)向下的穩(wěn)性力臂；本方法還可以適用于大部分的浮式平臺(tái)，具有很強(qiáng)的適用性。

技術(shù)特征：

1.一種基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，所述傾斜角度的步進(jìn)值為1°-5°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，步驟s2中，所述坐標(biāo)變換根據(jù)下式確定：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，步驟s4中，所述坐標(biāo)變換根據(jù)下式確定：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，步驟s4中，所述水線面位置根據(jù)下式確定：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，步驟s4包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，步驟s5中，所述坐標(biāo)變換根據(jù)下式確定:

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法，其特征在于，所述穩(wěn)性力臂根據(jù)下式確定：

9.一種基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的系統(tǒng)，其特征在于，所述迭代計(jì)算模塊用于執(zhí)行以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及浮式平臺(tái)校核技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種基于邊界元法和坐標(biāo)優(yōu)化浮式平臺(tái)穩(wěn)性的方法和系統(tǒng)，包括：獲取浮式平臺(tái)的邊界離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心坐標(biāo)；設(shè)定浮式平臺(tái)的傾斜角度的步進(jìn)值和風(fēng)向；計(jì)算初始狀態(tài)下的浮式平臺(tái)的排水體積；根據(jù)浮式平臺(tái)的傾斜角度的步進(jìn)值和風(fēng)向?qū)Ω∈狡脚_(tái)的離散點(diǎn)和重心坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，并分別計(jì)算不同傾斜角度和風(fēng)向下浮式平臺(tái)的排水體積、水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)，以確定傾斜后的水線面位置；根據(jù)水線面位置，對(duì)浮式平臺(tái)的離散點(diǎn)坐標(biāo)和重心進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算變換后的水線面積、重心坐標(biāo)和浮心坐標(biāo)；利用變換后的重心橫坐標(biāo)和浮心橫坐標(biāo)的差值重復(fù)計(jì)算浮式平臺(tái)的穩(wěn)性力臂，直到穩(wěn)性力臂小于0。

技術(shù)研發(fā)人員：王曉東,潘其云,張利杰,周霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9