【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及船舶與海洋工程，特別是涉及一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法。
技術介紹
1、目前半潛船配備的壓載系統實際操作中由工作人員依據專業知識和操作經驗，調整各壓載艙內水量，確保船舶具有適宜的浮態與穩性。該系統的工作原理是操作端通過控制壓載艙水閥開關的時間以調節壓載艙內壓載水量，通過傳感器反饋相關信息，據此計算船舶初穩性高度并呈現在操作端。這種方法需要消耗大量的時間，效率低下，且調整效果受操作人員水平影響大。或是在壓載系統內置自動設計壓載方案的功能，將初穩性作為約束條件，通過啟發式算法在已知船舶貨載、壓載水分布情況或自由液面影響等的情況下，通過公式計算出船舶的初穩性，作為檢驗或監測壓載水分配方案滿足初穩性高度約束的指標。然而上述方法的計算時間較長且無法求得初穩性最高的最優壓載方案。
2、因此，需要一種高效獲得最高初穩性的半潛船壓載水分配方法。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，能夠在給定貨物重量、重心高度以及裝載位置的前提下，實現十秒內設計出半潛船初穩性最高的壓載水分配方案，且此方案為全局最優精確解而非優化解；且能夠通過計算初穩性最大值為在半潛船甲板上裝載貨物選擇最佳的裝載位置。
2、為此，本專利技術提供了以下技術方案：
3、一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，包括：
4、以各壓載艙裝入壓載水比例為決策變量，以自由液面修正后的半潛船初穩性高度最
5、以排水量限制、保證船體正浮、初穩性高度限制以及橫搖周期限制為約束，構建半潛船壓載水分配與初穩性優化模型；
6、對所述半潛船壓載水分配與初穩性優化模型中非連續分段函數以及二次多項式進行線性轉化；
7、求解線性轉化后半潛船壓載水分配與初穩性優化模型，獲得自由液面修正后的半潛船初穩性高度以及對應的壓載水分配方案。
8、進一步地，所述以各壓載艙裝入壓載水比例為決策變量，以自由液面修正后的半潛船初穩性高度最大為目標函數：
9、max?gm(θn)
10、其中，決策變量θn為第n個壓載艙的壓載系數，表示壓載艙內壓載水的重量與壓載艙滿艙壓載量的比值；gm為自由液面修正后的半潛船初穩性高度測算函數。
11、進一步地，所述排水量限制、保證船體正浮、初穩性高度限制以及橫搖周期限制，包括：
12、排水量限制：
13、
14、保證船體正浮的x、y向的平衡約束：
15、
16、初穩性值的最低限值約束：
17、gm≥gml
18、刻畫船舶橫搖周期與初穩性的關系：
19、
20、船舶橫搖周期約束：
21、tl≤t≤tu
22、決策變量約束：
23、
24、進一步地，所述半潛船壓載水分配與初穩性優化模型中非連續分段函數以及二次多項式進行線性轉化，包括：
25、采用外逼近法將目標函數中壓載水量與其重心位置的關聯二次多項式轉化為多個線性不等式約束；
26、通過連續分段函數與不等式相結合的轉換方法刻畫自由液面對初穩性影響的非連續分段函數，轉化為連續分段函數，進而獲得線性化約束。
27、進一步地，所述采用外逼近法將目標函數中壓載水量與其重心位置的關聯二次多項式轉化為多個線性不等式約束，包括：
28、提取非線性部分un：
29、
30、通過外逼近法轉換非線性部分un，獲得線性約束：
31、
32、其中，分別表示線段的斜率、截距與切點的橫坐標值；kn為un線性變換后得到線段數量。
33、進一步地，所述通過連續分段函數與不等式相結合的轉換方法刻畫自由液面對初穩性影響的非連續分段函數，轉化為連續分段函數，進而獲得線性化約束，包括：
34、引入連續分段函數βn與不等式約束，刻畫fr中非連續分段函數：
35、
36、當0<θn<1時，βn>0，限制了αn只能取1；
37、當θn＝0或1時，βn＝0，約束下αn可以取0或1，結合目標函數求最大值的要求，αn會趨向于取0。
38、進一步地，所述半潛船壓載水分配與初穩性優化模型的輸入參數，包括：
39、半潛船的空船重量ws及其重心坐標(xs,ys,zs)；
40、裝載貨物重量wc及其重心坐標(xc,yc,zc)；
41、載貨時半潛船排水量δ、浮心高度kb與x坐標xf、橫穩心半徑bm；
42、壓載艙總數n、第n個壓載艙最大壓載水量bn、壓載艙滿艙的重心坐標艙底z坐標自由液面面積對其傾斜軸線的橫向慣性矩mn；
43、半潛船橫搖轉動半徑r、橫搖周期t及其下限tl、上限tu；
44、載貨時半潛船初穩性最低限值gml。
45、進一步地，所述自由液面修正后的半潛船初穩性高度的測算函數，包括：
46、半潛船載貨時，船、貨、壓載水整體的重心高度kg：
47、
48、壓載艙內自由液面對初穩性的修正值fr：
49、
50、其中，ρ為海水密度，αn為輔助變量：
51、
52、當θn＝0或1時，即第n個壓載艙中未裝入壓載水或裝滿壓載水，該艙不存在自由液面；
53、當0<θn<1時，即第n個壓載艙中裝入了部分壓載水并未裝滿，在船舶傾斜時該艙存在自由液面，從而產生一個額外的傾斜力矩，降低船舶初穩性；
54、自由液面修正的半潛船初穩性高度gm：
55、gm＝kb+bm-kg-fr
56、其中，kb與bm由船體模型在對應排水量處的浮心與穩心確定。
57、進一步地，通過線性求解器求解所述線性轉化后半潛船壓載水分配與初穩性優化模型，獲得自由液面修正后的半潛船初穩性高度以及對應的壓載水分配方案。
58、進一步地，所述求解線性轉化后半潛船壓載水分配與初穩性優化模型，獲得自由液面修正后的半潛船初穩性高度以及對應的壓載水分配方案，還包括：
59、求解貨物在半潛船上不同裝載位置所對應的自由液面修正后的半潛船初穩性高度，選取自由液面修正后的半潛船初穩性高度最大的裝載位置推薦為最優裝載位置，并獲得對應的壓載水分配方案。
60、本專利技術的優點和積極效果：
61、本專利技術以自由液面修正的初穩性高度最大為目標，建立了半潛船壓載水分配與初穩性優化模型，能夠在保證船舶吃水、正浮、橫搖周期合理的情況下求解半潛船裝載重大件貨物時最優的壓載水分配方案及其初穩性高度的極限，探索半潛船對裝載重大件貨物的適應極限。
62、本專利技術針對目標函數初穩性中的非線性部分，設計了混合非連續分段函數與二次多項本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述以各壓載艙裝入壓載水比例為決策變量，以自由液面修正后的半潛船初穩性高度最大為目標函數：
3.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述排水量限制、保證船體正浮、初穩性高度限制以及橫搖周期限制，包括：
4.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述半潛船壓載水分配與初穩性優化模型中非連續分段函數以及二次多項式進行線性轉化，包括：
5.根據權利要求4所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述采用外逼近法將目標函數中壓載水量與其重心位置的關聯二次多項式轉化為多個線性不等式約束，包括：
6.根據權利要求4所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述通過連續分段函數與不等式相結合的轉換方法刻畫自由液面對初穩性影響的非連續分段函數，轉化為
7.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述半潛船壓載水分配與初穩性優化模型的輸入參數，包括：
8.根據權利要求2所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述自由液面修正后的半潛船初穩性高度的測算函數，包括：
9.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，通過線性求解器求解所述線性轉化后半潛船壓載水分配與初穩性優化模型，獲得自由液面修正后的半潛船初穩性高度以及對應的壓載水分配方案。
10.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述求解線性轉化后半潛船壓載水分配與初穩性優化模型，獲得自由液面修正后的半潛船初穩性高度以及對應的壓載水分配方案，還包括：
...【技術特征摘要】
1.一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述以各壓載艙裝入壓載水比例為決策變量，以自由液面修正后的半潛船初穩性高度最大為目標函數：
3.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述排水量限制、保證船體正浮、初穩性高度限制以及橫搖周期限制，包括：
4.根據權利要求1所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述半潛船壓載水分配與初穩性優化模型中非連續分段函數以及二次多項式進行線性轉化，包括：
5.根據權利要求4所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特征在于，所述采用外逼近法將目標函數中壓載水量與其重心位置的關聯二次多項式轉化為多個線性不等式約束，包括：
6.根據權利要求4所述一種用于探索初穩性極限的半潛船壓載水分配優化方法，其特...
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙瑞嘉，韓立昌，孫宇軒，陳纖綺，趙夢涵，
申請(專利權)人：大連海事大學，
類型：發明
國別省市：
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