基于狐獴-黑卷尾算法的海上风电基础结构优化研究.pdfVIP

摘要

作为一种新型海上风电基础，宽浅式筒型基础具有抗倾覆能力强、制造运输

经济等优点，被广泛应用于海上风电场建设中。本研究提出一种新型元启发式算

法，狐獴-黑卷尾优化算法，全面验证了算法的有效性和优越性以及工程优化问题

的应用潜力；分析了海上风电筒型基础的结构型式与承载能力计算方式，建立了

以筒型基础下部结构的筒径、筒高、筒裙厚度以及分舱板厚度为设计变量，以水

平极限承载力和竖向极限承载力以及长径比为约束条件，以结构用钢量为目标函

数的筒型基础结构优化设计模型。将MBOA算法应用于基础结构优化设计中，求

解最优基础尺寸，并使用有限元软件对优化结果进行数值模拟验证。具体研究内

容如下：

（1）提出一种新型元启发式算法，狐獴-黑卷尾优化算法（Meerkat-Black

DrongoOptimizationAlgorithm,MBOA）。算法以两种生物间的共生关系、以及生

物内部社会行为为启发，设计了狐獴捕食机制、个体敏感度与群体敏感度模型、

黑卷尾预警机制、黑卷尾飞行机制以及合作繁殖与随机死亡机制，根据这些机制

构建了算法模型。设置了仿真实验验证了MBOA算法性能，使用单峰函数测试算

法局部有哪些信誉好的足球投注网站能力和寻优速度，使用多峰函数测试算法跳出局部最优解的能力和全

局搜搜能力，使用复合函数进一步验证算法平衡全局有哪些信誉好的足球投注网站和局部有哪些信誉好的足球投注网站的能力，通

过对比近几年提出的群智能算法在的测试结果，验证了MBOA算法的有效性和优

越性，具有较快的收敛速度、较高的寻优精度以及跳出局部最优解的能力。

（2）梳理了海上风电筒型基础承载力的常用计算方法，建立了以筒型基础

下部结构的筒径、筒裙高度、筒裙厚度以及分舱板厚度为设计变量，以水平极限

承载力和竖向极限承载力以及长径比为约束条件，以结构用钢量为目标函数的筒

型基础结构优化设计模型。并使用MBOA算法对某海域海上风电筒型基础进行优

化设计，验证了MBOA在海上风电基础结构优化设计中的可行性。

（3）研究了使用有限元分析方法对MBOA优化结果进行验证。通过对比优

化前后筒型基础在竖向荷载、水平向荷载以及两种荷载联合作用下的位移和转动

情况，进而验证MBOA的优化结果满足承载要求。该成果为海上风电基础结构优

化提供了可行的思路和方法。

关键词：海上风电；筒型基础；狐獴-黑卷尾算法；结构优化设计；有限元方法

Keywords:offshorewindturbine;bucketfoundation;meerkat-blackdrongoalgorithm;

structureoptimizationdesign;finiteelementmethod

目录

摘要I

AbstractIII

第1章绪论1

1.1研究背景1

1.2研究意义2

1.3国内外研究现状2

1.3.1海上风电基础发展现状2

1.3.2海上筒型基础承载性能研究7

1.3.3筒型基础优化设计研究9

1.3.4元启发式算法研究9

1.3.5有限元方法研究11

1.4主要研究内容12

第2章狐獴-黑卷尾算法设计15

2.1算法构思15

2.1.1生物学行为15

2.1.2规则建立16

2.2算法设计16

2.2.1初始化阶段16

2.2.2敏感度计算17

2.2.3狐獴觅食阶段17

2.2.4黑卷尾预警阶段18

2.3算法运行步骤与复杂度分析19

2.4本章小结21

第3章仿真实验与性能分析23

3.1仿真实验设置23

3.1.1测试函数选择23

3.1.2算法参数设置24