【摘 要】
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海洋油气是保障我国国家安全的重要战略资源,浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)作为海洋油气开发的主力装备之一,广泛应用于我国渤海和南海海域。软刚臂单点系泊系统(Soft Yoke Mooring System,SYMS)是实现FPSO定位的重要装置,能够保证海洋平台的长期稳定工作和安全生产。由于结构的复杂性和长期承受多
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海洋油气是保障我国国家安全的重要战略资源,浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)作为海洋油气开发的主力装备之一,广泛应用于我国渤海和南海海域。软刚臂单点系泊系统(Soft Yoke Mooring System,SYMS)是实现FPSO定位的重要装置,能够保证海洋平台的长期稳定工作和安全生产。由于结构的复杂性和长期承受多种海洋环境载荷的联合作用,系泊系统容易发生退化、失效等现象,一旦维护不及时会造成巨大经济损失。因此,开展具有实时评估系泊系统在位状态的数字化、智能化健康管理研究十分必要。数字孪生技术(Digital Twin,DT)是以智能传感系统为驱动,在虚拟空间中完成对实体装备的高保真映射,能够准确再现并预测海洋工程装备全生命周期的健康状态,有效避免了易损结构提前失效带来的巨大财产损失和安全风险,为海上油气生产提供安全、稳定的工作环境。本文针对FPSO软刚臂系泊系统铰节点健康管理,总结并开展了软刚臂系泊系统智能运维数字孪生方法过程关键技术研究,以五维数字孪生概念模型作为参考框架,提出了数字孪生技术驱动的软刚臂系泊系统健康管理方案。作为软刚臂系泊系统的易损结构之一,铰节点全生命周期过程中的健康运维是系泊系统安全工作的保障。本文针对软刚臂系泊系统的健康管理需求,采用BIM(Building Information Modeling)技术对FPSO海洋平台的物理和功能特性进行可视化表达和集成化管理。以原型监测数据为参照,采用响应面方法对铰节点的有限元模型进行参数识别,提高了铰节点虚拟模型的保真性。考虑铰节点的退化过程中的摩擦系数变化和载荷特征,设定了动力学仿真工况,利用铰节点高保真虚拟模型对其全生命周期不同阶段的运行状态进行模拟,采用BP神经网络建立了铰节点热点应力的预测模型,对其在位状态进行实时监控,并提出了基于铰节点健康状态的运维检修方法。最终搭建了系泊系统智能运维的可视化健康管理平台,实现了数字孪生技术在软刚臂系泊系统健康管理中的初步应用。本文工作可为数字孪生技术在海洋工程领域的应用提供支持和辅助参考。
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