«Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса»

Метод топологической оптимизации несущих конструкций объектов нефтегазовой отрасли

УДК: 624.04:622.276.04
DOI: -

Авторы:

¹ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, Москва, Россия

Ключевые слова: топологическая оптимизация, самоподъемная буровая установка, метод конечных элементов, алгоритм

Аннотация:

Высокие темпы развития цифровизации, трехмерного моделирования и компьютерного анализа [1, 2] позволили инженерам и конструкторам в различных отраслях ускорить процесс проектирования и, в частности, совершенствовать прочностные расчеты высоконагруженных деталей и конструкций. С применением такого современного подхода к проектированию, как топологическая оптимизация, появилась возможность конструировать, изготавливать и эксплуатировать ответственные детали и конструкции с повышенной эффективностью в энергетической и авиационной отраслях [3]. На примере самоподъемной буровой установки (СПБУ) в статье рассматривается применение метода топологической оптимизации для повышения эксплуатационных характеристик сооружения, обеспечения должной надежности и снижения капитальных затрат при строительстве. Проанализированы существующие подходы, предложен эффективный вариант математического аппарата оптимизации, описана предметная область, граничные условия и ограничения для расчета. Алгоритм оптимизации и его математическое представление, изложенные в статье, описывают три основных этапа усовершенствования конфигурации конструкции опор СПБУ и позволяют реализовать оптимальный вариант проекта.

Список литературы:

1. Кротких А.А., Максимов П.В. Апробация алгоритма топологической оптимизации на детали газотурбинного двигателя // Мат. моделирование в естественных науках. – 2019. – Т. 1. – С. 86–89.
2. Сызранцева К.В., Зонова Н.В., Билянская И.В. Компьютерное моделирование и оптимизация конструкции ловителя-сигнализатора для повышения его надежности при геофизических исследованиях скважин // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. – 2023. – № 4(136). – С. 5–11. – DOI: 10.33285/1999-6934-2023-4(136)-5-11
3. Querin O.M., Steven G.P., Yi Min Xie. Evolutionary structural optimization (ESO) using a bidirectional algorithm // Engineering Computations. – 1998. – Vol. 15, No. 8. – P. 1031–1048. – DOI: 10.1108/02644409810244129
4. Yi Min Xie, Steven G.P. Shape and layout optimization via an evolutionary procedure // Proceedings of Int. Conf. on Computational Engineering Science, Hong Kong, Dec. 17–22. – 1992.
5. Svanberg K. The method of moving asymptotes: a new method for structural optimization // Int. J. for Numerical Methods in Engineering. – 1987. – Vol. 24, Issue 2. – P. 359–373. – DOI: 10.1002/nme.1620240207
6. Fenton J.D. A Fifth-Order Stokes Theory for Steady Waves // J. of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. – 1985. – Vol. 111, Issue 2. – P. 216–234. – DOI: 10.1061/(ASCE)0733-950X(1985)111:2(216)
7. Williams M.S., Thompson R., Houlsby G. A parametric study of the non-linear dynamic behavior of an offshore jack-up unit // Engineering Structures. – 1999. – Vol. 21, Issue 5. – P. 383–394. – DOI: 10.1016/S0141-0296(97)00222-8