[发明专利]一种基于多目标布谷鸟优化算法的系泊截断设计方法

说明书

本发明属于海洋工程模型试验技术领域，具体涉及一种基于多目标布谷鸟优化算法的系泊截断设计方法。本发明包括设置适应度函数以及系泊截断参数的取值范围；随机初始化种群，计算种群中每个个体的初始适应度值；确定种群中是否存在支配解，并筛选出非支配解；进入主程序循环，扩大种群范围，循环次数为最大迭代次数；采用莱维飞行对种群位置更新，并扩展适应度函数范围；寻找新的解，并继续筛选出非支配解；判断非支配解数量是否高于种群数量，若高于，则继续循环；若低于，则结束循环并得出帕累托最优解集；从帕累托最优解集中选择对应适应度值最小的一组参数，得到最优的系泊截断中系泊线干重、湿重、长度、刚度、截面面积以及水深参数。

技术领域

本发明属于海洋工程模型试验技术领域，具体涉及一种基于多目标布谷鸟优化算法的系泊截断设计方法。

背景技术

随着人类对海洋石油资源的需求越来越大，全世界的海洋平台也朝着深海领域发展。然而，目前全世界现有的试验水池尺度有限，没有办法对整个模型的系泊系统进行试验。采用混合模型试验法是目前解决该问题最有效、最常见的方法。混合模型试验主要分为主动式模型试验和被动式模型试验。主动式混合模型试验主要是将执行机构布置在水池底部并带动截断端点按照真实的响应进行运动。主动式混合模型试验存在调试复杂、精度难以保证等问题，技术尚未成熟且现处于研究阶段。因此，被动式混合模型试验仍是目前采用的主要方法。被动式模型试验的重要一步是遵循静动力等效原则来对原系泊系统进行水平方向或者垂直方向的截断设计，使截断后的系泊系统代替原系泊系统进行水池模型试验，再进行数值重构和数值外推，从而预报系泊系统的试验结果。将先进的优化算法与系泊系统静动力分析程序相结合，完成对系泊系统的截断设计，是目前主要的设计方法。

经文献检索发现，潘沈浩，王树青和刘利壮于2017年在《海洋工程》期刊第35卷第1期发表了一篇名为“考虑平台转动的等效水深截断系泊系统优化设计”的论文。该论文基于静态相似准则，采用粒子群算法对系泊系统进行了等效截断。其不足之处在于：粒子群算法虽然收敛速度较快，但是增大种群数量时会出现精度较低、易发散等问题；如果增加速度等影响参数，粒子群算法可能出现错过最优解的情况，导致结果不易收敛，截断设计不准确。另外，张火明、陆萍蓝于2014年11月在《船舶力学》期刊第18卷第11期发表的名为“基于INSGA-Ⅱ的等效水深截断系泊系统优化设计”论文中采用改进的非支配排序遗传算法对等效水深系泊系统进行了优化计算，并证明了其有效性。然而其不足的地方有：虽然依靠非支配解来淘汰种群数，然而淘汰因子是随机的，容易出现发散的可能。另外，由于算法的局限性，没有对整个种群进行全局搜索，收敛速度较慢。截断结果的准确性和截断效率都有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多目标布谷鸟优化算法的系泊截断设计方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：设置适应度函数以及系泊截断参数的取值范围；

所述的系泊截断参数包括系泊线干重、湿重、长度、刚度、截面面积以及水深参数；

所述的适应度函数为：

其中，为截断系泊线在第j段的水平回复力；为截断系泊线在第j段的竖直回复力；为截断系泊线在第j段的系泊缆张力；为截断前系泊线在第j段的水平回复力；为截断前系泊线在第j段的竖直回复力；为截断前系泊线在第j段的系泊缆张力；

采用集中质量法计算水平回复力、竖直回复力、系泊缆张力，将系泊线的每个点看作节点；除两端点外，节点上的集中质量取为相邻两段系泊线单元质量之和的一半；考虑第j个点在任意方向的运动，设j点x和z方向的分量为由引起的节点的张力为F_nxj，设其在x、z方向的分力分别为则有以下的关系式：