替代辅助的浮动风力涡轮机子结构优化

本文提出了一种替代辅助的优化方法，以加速初步设计阶段的子结构分析。该方法的核心是用一个数据驱动的替代模型来替代浮动风力涡轮机频域分析模型中的辐射-衍射分析，该替代模型可以预测参数化子结构几何形状的水动力系数。该程序与通过辐射-衍射分析估算水动力系数的参考方法进行了比较。我们展示了一个代表性的用例，评估在半潜式子结构中最小化资本成本与减少波浪引起的机舱加速度标准偏差之间的权衡。替代模型的准确性在训练数据集为400个设计时显著提高，之后的提升不太明显。对于包含400个设计的数据集，水动力系数的预测平均误差和均值的一个标准偏差处的误差通常分别低于7%和10%。在同样的数据集规模下，3小时风暴期间最可能的最大波浪引起的俯仰的平均误差低于17%，而均值的一个标准偏差处的误差低于27%。最可能的最大机舱加速度的相同值则低于7%和12%。替代模型能够捕捉两个目标函数之间的权衡，而利用替代模型识别的最优设计通常遵循与参考模型获得的设计相同的趋势。然而，依赖替代模型进行子结构分析会在目标函数中引入局部极小值，这导致用替代模型识别的最优设计与用参考模型识别的设计之间出现差异。