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基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 88-96页

作者：余杨张鹏辉成司元张文豪余建星天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,... 详细信息

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,借助于AQWA软件二次开发功能,将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论,以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明,采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能,有效地减小系泊失效带来的危害;基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。

关键词：半潜式平台系泊失效无模型自适应控制动力定位系统运动性能

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内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究

船舶力学 2024年第6期28卷 803-817页

作者：余杨刘晓伟李振眠孙若飞杨政龙徐立新天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,... 详细信息

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。

关键词：缓波形钢悬链立管内孤立波向量式有限元 KdV理论动力响应

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铰接式基础风力机多目标优化及动力响应研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 9-16页

作者：章培李焱唐友刚杨树耕曲晓奇天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学港口与海洋工程天津市重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

针对一种新型铰接式基础风力机的基础结构设计与优化问题,综合考虑风力机运行安全稳性、经济成本及运动性能等多方面因素,本文建立了高维三目标优化数学模型,采用一种基于参考点的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)对风力机基础结构尺... 详细信息

针对一种新型铰接式基础风力机的基础结构设计与优化问题,综合考虑风力机运行安全稳性、经济成本及运动性能等多方面因素,本文建立了高维三目标优化数学模型,采用一种基于参考点的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)对风力机基础结构尺寸进行优化设计研究,利用模糊优选方法,对所得到的帕累托解进行模糊评价,得到满足不同评价指标下的最优方案;并在此基础上,采用空气动力-水动力-结构耦合分析方法,利用Matlab在时域内编写运动控制方程进行动力响应分析。计算结果表明:额定风速海况下,所设计的铰接式基础风力机满足安全发电作业要求,同时相比于初始设计方案,基于多目标优化算法及模糊评价所设计的基础结构无论是运动及载荷性能都更加优越,经济成本更低;相关算法及优化流程也为后续不同基础形式的优化设计工作提供了新思路和参考。

关键词：非支配排序多目标遗传算法优化设计模糊优选模糊评价评价指标耦合分析动力响应

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海上桩基础注水加压拆除法的研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第4期57卷 437-444页

作者：张浦阳信连硕丁红岩乐丛欢天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

近年来,全球海上风电发展势头迅猛.单桩基础作为最早应用于海上风电的基础类型,在全球风场中占据主导地位.现有风机的寿命一般约为20年,预计未来10年将迎来大量风机退役,这使得海上桩基础的回收问题变得愈发重要.为更好地解决海上桩基... 详细信息

近年来,全球海上风电发展势头迅猛.单桩基础作为最早应用于海上风电的基础类型,在全球风场中占据主导地位.现有风机的寿命一般约为20年,预计未来10年将迎来大量风机退役,这使得海上桩基础的回收问题变得愈发重要.为更好地解决海上桩基础退役拆除问题,本文通过物理模型实验的方式对注水加压拆除法进行了研究.实验结果显示:大直径桩基础拆除时所需压强更小,更易通过注水加压拆除法进行拆除;桩基础初始倾角对注水加压拆除所需压强影响较小,但初始倾角越大基础越易倾倒;拆除过程中桩基础单位位移引起的舱内压强下降幅度始终相同,不受基础直径、入泥深度以及倾角的影响.根据物理模型实验数据,结合土力学、水力学相关理论,建立了注水加压拆除法全过程理论模型,可大致预测不同桩径、不同入泥深度桩基础的启动舱内压强与舱内压强-位移曲线,并且在此基础上,结合渗流计算,利用有限元模型对水泵在注水回收过程中可产生的最大舱内压强进行了预测,对比最大舱内压强与基础拆除所需的启动舱内压强即可判断此水泵能否用于注水加压拆除.本文所得结论可为海上风电桩基础的退役处理提供参考,有助于保障风场海床资源的可持续利用,具有一定的工程价值.

关键词：海上风电桩基础拆除注水加压模型实验

基于CA-RL的堆石坝填筑仓面碾压作业动态路径规划

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水利学报 2024年第3期55卷 253-265页

作者：崔博钟航王佳俊谭添文林威伟佟大威天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

碾压作业是堆石坝填筑仓面施工的关键工序,科学合理规划碾压路径能够在保障碾压质量的前提下提高碾压效率。在当前路径规划研究基础上进一步考虑碾压机数量变化、压实质量感知等动态要素可以提高路径规划模型面对复杂动态的仓面施工环... 详细信息

碾压作业是堆石坝填筑仓面施工的关键工序,科学合理规划碾压路径能够在保障碾压质量的前提下提高碾压效率。在当前路径规划研究基础上进一步考虑碾压机数量变化、压实质量感知等动态要素可以提高路径规划模型面对复杂动态的仓面施工环境的适应性。本文通过建立基于元胞自动机的填筑仓面信息模型、提出条带整体压实质量评价方法,解决压实质量等仓面信息的储存更新的问题;通过建立基于强化学习的碾压作业路径规划模型、构建碾压机状态集和动作集、设计奖励函数和探索利用策略,解决碾压机数量变化的路径分配的问题;耦合上述两种模型,实现堆石坝填筑仓面碾压作业动态路径规划。结合国内某堆石坝工程开展了工程应用,结果表明:本方法可动态考虑碾压机数量变化、压实质量感知等要素,路径规划结果在保障碾压质量的前提下路径长度相较现场施工实际路径平均缩短22.3%,能够有效提升碾压效率。

关键词：堆石坝填筑仓面碾压作业动态路径规划元胞自动机强化学习

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坝基灌浆量预测ISSA-Stacking集成学习代理模型研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第2期57卷 174-185页

作者：祝玉珊王晓玲崔博陈文龙轩昕祺余红玲天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

灌浆量预测对坝基灌浆施工具有重要意义.由于灌浆工程隐蔽且复杂,传统方法难以实现准确高效的灌浆量预测.代理模型是一种能够建立影响因素与响应值之间近似关系的快速求解方法,然而单一代理模型的预测稳定性和准确性较低,组合代理模型... 详细信息

灌浆量预测对坝基灌浆施工具有重要意义.由于灌浆工程隐蔽且复杂,传统方法难以实现准确高效的灌浆量预测.代理模型是一种能够建立影响因素与响应值之间近似关系的快速求解方法,然而单一代理模型的预测稳定性和准确性较低,组合代理模型仅将单一模型结果进行加权平均,预测精度仍有待提高.为解决上述问题,本文提出一种ISSA-Stacking集成学习代理模型新方法用于灌浆量预测研究.首先,针对灌浆量预测具有数据量小、影响因素与灌浆量之间非线性关系复杂且预测不确定性较大等特性,基于Stacking集成学习策略,选取在小样本预测中表现优越的支持向量回归(SVR)、具有良好非线性拟合能力的BP神经网络(BPNN)和预测泛化性能及稳定性高的随机森林(RF)等算法作为基学习器,采用自适应学习和不确定性处理能力强的自适应神经模糊推理系统(ANFIS)作为元学习器以集成上述机器学习算法的优势,构建具有更优预测性能和泛化能力的Stacking集成学习方法作为代理模型;其次,为进一步提高模型预测精度,采用混沌理论和Lévy飞行策略改进的麻雀搜索算法(ISSA)对集成学习代理模型进行参数同步优化;最后,将所提ISSA-Stacking集成学习代理模型应用于某实际灌浆工程的灌浆量预测并与其他方法进行对比分析.结果表明,所提方法具有较高的预测精度,绝对平均误差仅为0.21 m^(3);与组合代理模型及单一代理模型(SVR、BPNN和RF)相比,平均精度分别提高24.34%、30.84%、32.68%和26.56%,为灌浆量预测提供了一种新思路.

关键词：灌浆量预测 Stacking集成学习方法代理模型麻雀搜索算法

侧式进出水口顶板扩张角对拦污栅断面流速分布影响规律研究

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水利学报 2024年第3期55卷 301-312页

作者：高学平曾庆康朱洪涛刘殷竹天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

抽水蓄能电站侧式进出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但... 详细信息

抽水蓄能电站侧式进出水口双向过流,其顶板扩张角的大小将直接影响拦污栅断面流速分布是否均匀,甚至出现反向流速。抽水蓄能电站设计规范将3°~5°作为侧式进出水口顶板扩张角的推荐范围,其依据是矩形渐扩管阻力系数最小的扩张角度,但侧式进出水口体型较之复杂很多,因此有必要进一步探讨。本文以某侧式进出水口体型为研究对象,采用数值模拟方法,研究了11种角度的顶板扩张角对出流工况和进流工况拦污栅断面流速分布的影响。结果表明:在出流工况下,随着顶板扩张角的增大,中孔拦污栅断面的主流位置由居中部逐渐向底部降低,断面流速分布由上下基本对称趋于底部大上部小的上下不对称,当顶板扩张角较大时中孔拦污栅断面上部出现反向流速;随着顶板扩张角的增大,边孔拦污栅断面流速分布由基本均匀逐渐变为底部大上部小的不均匀分布;随着顶板扩张角的增大,中、边孔孔口流速不均匀系数均逐渐增大,但中孔拦污栅断面流速分布受顶板扩张角影响更大。在进流工况下,随着顶板扩张角的增大,中、边孔拦污栅断面流速分布及孔口流速不均匀系数均无明显影响。研究成果可为优化侧式进出水口设计提供指导。

关键词：抽水蓄能电站侧式进出水口顶板扩张角拦污栅断面流速数值模拟

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侧式进/出水口各孔道流量分配差异及影响因素

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第6期57卷 633-641页

作者：高学平马一鸣刘殷竹朱洪涛天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口各孔道流量分配,现有设计规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不宜超过10%,但实际工程设计难以达到此要求.本文以某抽水蓄能电站侧式进/出水口为例,通过优化进/出水口各体型参数,利用数值模拟... 详细信息

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口各孔道流量分配,现有设计规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不宜超过10%,但实际工程设计难以达到此要求.本文以某抽水蓄能电站侧式进/出水口为例,通过优化进/出水口各体型参数,利用数值模拟方法研究各孔道流量等水力参数,重点分析分流墩布置对各孔道流量分配的影响及其规律,试图使进流工况和出流工况相邻中边孔道的流量不均匀程度均最小.研究表明,改变扩散段分流墩布置能有效改善流量不均匀程度.对于3墩4孔侧式进/出水口,相邻中边孔道的流量不均匀程度在出流工况下随中边孔宽度比增大而增大,在进流工况下随中边孔宽度比增大而减小;当中边孔宽度比增大且中墩后移距离减小时,出流工况和进流工况下的流量不均匀程度均减小.对于2墩3孔侧式进/出水口,相邻中边孔道的流量不均匀程度不论在出流工况下还是在进流工况下,均随中边孔宽度比增大呈先减小后增大的规律.优化后的3墩4孔侧式进/出水口的中边孔宽度比取0.228∶0.272,中墩后移距离取0.36D(D为隧洞直径),其相邻中边孔道的流量不均匀程度均较优,在出流工况下为18.47%~19.43%,在进流工况下为19.82%~19.83%;优化后的2墩3孔侧式进/出水口的中边孔宽度比取0.310∶0.345,其相邻中边孔道的流量不均匀程度均较优,在出流工况下为19.47%~19.63%,在进流工况下为18.66%~18.67%.相邻中边孔道的流量不均匀程度较难满足不宜超过10%的设计规范要求.研究成果将有助于《抽水蓄能电站设计规范》中关于进/出水口水力指标要求的完善.

关键词：抽水蓄能电站侧式进/出水口体型优化流量分配数值模拟

考虑间隙水体阻尼修正的过驳双船系统动力响应研究

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船舶力学 2024年第6期28卷 856-865页

作者：刘利琴刘依伦王岭郭颖孟春蕾天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津航海仪器研究所天津300131

利用阻尼修正的势流理论对过驳双船系统进行研究。建立了过驳双船系统CFD数值计算模型,通过在双船间隙自由水面施加粘性阻尼盖的方法对势流理论进行修正。对双船过驳系统在考虑与不考虑修正两种情况下的时域结果进行对比分析,结果表明:... 详细信息

利用阻尼修正的势流理论对过驳双船系统进行研究。建立了过驳双船系统CFD数值计算模型,通过在双船间隙自由水面施加粘性阻尼盖的方法对势流理论进行修正。对双船过驳系统在考虑与不考虑修正两种情况下的时域结果进行对比分析,结果表明:双船各自由度的运动响应以及各系缆护舷的受力,在不计及粘性修正时的计算结果皆高于修正后的结果,因而考虑流体粘性的修正是非常必要的。

关键词：过驳系统粘性修正时域分析势流理论