海洋工程防腐系统数值模拟优化设计技术研究

放鹤

大连理工大学
硕士学位论文
海洋工程防腐系统数值模拟优化设计技术研究
9 ~2 O% n$ @. R# O+ O姓名：何其昀
申请学位级别：硕士
专业：船舶与海洋结构物设计制造
指导教师：黄一
$ f& ^% e  f+ z% J- j3 `- v20091201

放鹤

; i% o) z0 X, o* u  ]! y摘要
用于深海资源开发的大规模海洋结构物通常要求在充分长的期间内确保充分的安全性，因而广泛采用防腐涂层加阴极保护的复合防腐措施。如何合理地进行阴极保护系统的设计，是人们越来越重视的问题。将数值模拟计算技术应用于防腐领域，能够大幅度提高阴极保护的应用水平，从而推动海洋腐蚀控制技术的进步。本文基于边界元数值模拟计算技术，针对复杂海洋工程防腐系统数值模拟优化设计中的关键问题进行了研究。本文的重点工作及所取得的主要研究成果归纳如下：
(1)并行计算技术的研究。根据边界元数值方法的网格收敛性分析，计算结果的精度与网格疏密度有关。基于单机运行的“海洋工程防腐系统数值模拟计算软件"将无法实现大规模海洋工程防腐系统的可靠模拟计算。鉴于此，本文在开发并行计算技术的基础上，自行搭建了SMP与Cluster混合结构的并行计算机，首次实现了“海洋工程防腐系统数值模拟计算软件”的并行运行，并行运行性能测试的结果显示出了较高的并行效率，从而首次确立了大规模海洋工程防腐系统数值模拟计算问题的解决方案。
(2)海洋工程防腐系统数值模拟优化技术研究。在基于数值模拟计算进行防腐设计参数敏感性分析的基础上，提出了阳极位置和阳极输出电流的优化模型，设计了基于初始设计的优化方法，仅选择适于再调整并且对阴极保护效果影响较大的设计参数作为优化变量，以尽可能地减小优化问题的规模；本文采用BP神经网络来建立保护电位特征参量与阳极位置和阳极输出电流等设计变量之间的非线性映射关系，采用迭代搜索法求得问题的最优解：针对深水半潜式海洋平台外加电流阴极保护系统实施优化设计，验证了优化方法的合理性和有效性。
$ ^' T. F! Y' t7 A' s) X% w(3)集成化软件系统研制。针对船舶与海洋工程的牺牲阳极阴极保护系统、复杂外加电流阴极保护系统、复杂电偶系统、杂散电流腐蚀系统等的数值模拟计算程序以及优化设计程序，在开发统一的前处理模块、后处理模块、数据库管理模块以及三维可视化模块的基础上，完成了集成化软件系统研制，为“海洋工程防腐系统数值模拟优化设计软件系统”的推广应用奠定了重要基础。
关键词：阴极保护；数值模拟；并行计算；优化设计