[发明专利]一种基于改进Kriging模型的深海连接器密封结构优化方法

说明书

一种基于改进Kriging模型的深海连接器密封结构优化方法，包括如下步骤：S1.给定深海连接器密封结构的各项取值范围；S2.获得n组样本点；S3，选择密封结构主密封面最大接触应力和密封面节点接触应力方差作为评价指标，建模计算密封性能指标；S4，使用步骤S2和S3获得的数据作为样本点，找到最优设计参数X_m；S5，使用EI准则找到各个Kriging模型对应的最大期望提高密封结构密封性能的设计参数X_EI；S6，计算最优设计参数对应的密封性能指标；S7，对样本点进行更新，建立基于Gaussian相关函数的Kriging模型，测试其收敛性，判断并输出连接器最优设计参数；本发明在改善深海连接器密封性能的同时，可以显著提高密封结构优化效率。

技术领域

本发明属于海洋工程装备的密封技术领域，尤其涉及一种基于改进Kriging模型的深海连接器密封结构优化方法。

背景技术

深海连接器(以下简称连接器)是连接海底油气生产管道的关键设备，其服役过程中需要承受管道内油气的高温高压作用，同时还需要承受管道外海水的低温高压载荷，工况环境较为恶劣。优化连接器密封结构可以改善连接器密封性能，提高海底油气生产的安全性和稳定性。但是，连接器工作过程中密封结构发生了较大的塑性变形，导致连接器密封结构优化目标函数具有较强的非线性，造成连接器密封结构优化目标函数计算极为耗时(单个计算模型20小时以上)，使得连接器密封结构优化效率较低，优化设计工作难以开展。目前，主要采用二次响应面、径向基函数等代理模型替代传统复杂耗时的目标函数计算方法(①运飞宏，王立权，刘军，等.深水卡爪式连接器密封优化分析及试验研究[J].华中科技大学学报(自然科学版),2017,45(4):23-28；②魏宗亮，王立权，关雨，等.新型海底管道连接器密封性能的优化[J].华中科技大学学报(自然科学版),2017,45(3):40-45.)，快速获得任意设计参数对应的目标函数响应值，可以提高连接器密封结构优化效率。但是，应用Kriging模型建立连接器设计参数与密封性能目标函数间响应关系，并进行优化的相关研究还未见报道。而Kriging模型具有极强的非线性拟合能力和独特的误差估计功能，能够以更高精度计算连接器密封结构目标函数响应值。因此，应该采用Kriging函数替代传统复杂目标函数计算方法，提高目标函数计算效率，进一步改善目标函数响应计算精度。

与此同时，在基于Kriging模型的结构优化方法方面，相关函数是影响Kriging模型拟合精度的重要参数，而且包括多种不同类型的相关函数标准模型(Gaussian、Exp、Cubic、Expg等)，而目前通常需要根据建模者经验选择合适的相关函数建立Kriging模型(基于组合预测方法的组合Kriging模型构建方法，CN201610530706.8)，并基于该选择的单一相关函数进行结构参数寻优计算、样本点更新。从多源信息融合理论角度来看，样本数据中的信息的由单一模型获取，而且该模型由人凭经验选择，将导致Kriging模型精度不高，造成基于Kriging模型的优化方法优化求解效率下降。

因此，为提高深海连接器密封结构优化效率、进一步改善目标函数计算精度，本发明引入Kriging模型，并考虑相关函数对Kriging模型精度的影响，对基于Kriging模型的优化方法进行改进，开发一种基于改进Kriging模型的深海连接器密封结构优化方法，对改善连接器密封结构性能，保证深海油气开采的安全性和稳定性有重要作用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于改进Kriging模型的深海连接器密封结构优化方法，通过对密封结构参数进行优化，在改善连接器的密封能力的同时，提高优化效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于改进Kriging模型的深海连接器密封结构优化方法，包括以下步骤：