(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210884064.7 (22)申请日 2022.07.26 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号哈尔滨工程大学科技处 知识产权办公室 (72)发明人 杨志勋　殷旭　阎军　曹冬辉　 田庚　曹鹏　刘佳　胡海涛　 史冬岩　樊耀华　王立夫　朱鹏程　 毛彦东　苏琦　步宇峰　 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于GA-GLM的脐带缆截面自动分层布 局优化算法 (57)摘要 本发明提供一种基于GA ‑GLM的脐带缆截面 自动分层布局优化算法， 属于海洋脐带缆结构 优 化设计领域， 本发明建立考虑截面紧凑性、 平衡 性和摩擦损失的优化设计模型， 首先利用遗传算 法在全局解空间范围内求解布局问题的最优解， 确定最优布局中各构件的中心坐标的可行解； 然 后以GA算法得到的可行解为初值， 利用GLM算法 进行快速精确求解； 在得到截面整体最优布局之 后引入分层策略， 继续采用GLM算法进行优化即 可得到脐带缆最优分层截面布局。 本发明充分利 用了GA全局搜索能力强以及GLM算法收敛速度快 的特点， 自动进行脐带缆截面布局设计， 可代替 人工操作， 为脐带缆截面布局设计提供有益参 考。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115329481 A 2022.11.11 CN 115329481 A 1.一种基于GA ‑GLM的脐带缆截面自动分层布局优化 算法， 其特 征在于， 步骤如下： (1)简化脐带缆截面构件， 将脐带缆截面构件简化为在同一平面内具有不同性质的圆 盘； (2)考虑实际脐带缆中各种功能构件的截面直径相差不大， 假定各功能构件截面直径 相同； (3)提取设计变量， 选取脐带缆平面内任一点为中心建立一个直角坐标系， 假设脐带缆 包含m根半径为RS的钢管和n根半径为RQ的电缆； 基于所 设定的坐标系， 钢管和电缆截面的中 心位置分别描述为 和 对于脐带缆截面 布局优化问题可转 化为以构件中心位置坐标为连续设计 变量的优化问题； (4)建立目标函数 优化目标函数f1为： f1＝minR 基于截面构件的轴向拉伸刚度引入虚拟重力指标来描述截面布局的平衡性： G＝EA 其中： E为弹性模量； A为截面 面积； 脐带缆截面承载能力的平衡对称性取 决于平行力系中心到截面几何中心的距离Δ， 各 构件的虚拟重力的合中心与截面中心的偏移 距离关系为: 假设脐带缆的力学性能MB与偏离距离之间的存在关系: MB＝ξB/Δ， 其中： ξB为力学性能的相关系数； 为第i根钢管的虚拟重力向量； 为第j根电缆的虚 拟重力向量； 优化目标函数f2为： f2＝minΔ 由钢管相互接触引起的力学损伤量Df描述， 其为任意两钢管之间距离的函数表达式: 其中: ψf为力学性能的相关系数； 优化目标函数 f3为: f3＝minDf 通过加权系数将脐带缆截 面布局多目标优化问题转化为单目标优化问题： min:f＝C1· f1+C2·2+C3·3， 其中C1+C2+C3＝1； (5)建立约束条件 各个功能构件中心坐标变量所受到约束条件表示 为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115329481 A 2设Rs＝RQ＝r， C1＝C2＝C3＝1/3， 优化列式可表示 为: to find:X＝[(xi,xi),(xj,xj)](i＝1,2,…m； j＝1,2, …n), (6)截面构件分层策略， 脐带缆的功能构件的横截面是平面上的圆， 通过求解可获得脐 带缆的分层截面布局； (7)在建立上述多目标优化模型后， 根据相应求 解流程得到所需解。 2.根据权利要求1所述的一种基于GA ‑GLM的脐带缆截面自动分层布局优化算法， 其特 征在于， 所述步骤(6)中求解方法如下： 求解通过两个圆心的连线的线性方程和两个圆的公 共弦线方程得到两条直线的交点， 该交点即两个圆的接触点标记为*； 得到所有接触点后， 采用最远点优先渐进算法构造出包 含所有接触点的最小包围圆， 称之为 准分层圆； 为了确定分层圆内排列的圆的个数， 引入比例系数C来控制设置； 比例系数根据准分层 圆内所有圆中心与准分层圆中心的距离di设置， 从小到大排列记为Dis＝[d1,d2,…di](i＝ 1,2,…n)； 如果第一层的圆的个数为3， 则比例系数C＝Dis(3)； 确定第一层的构件后， 构建 分层圆， 然后剩余的构件被布置在第二层中， 最后， 可获得脐带缆的分层截面布局。 3.根据权利要求1所述的一种基于GA ‑GLM的脐带缆截面自动分层布局优化算法， 其特 征在于， 所述步骤(7)中的相应求解流程为： 首先用遗传算法在 全局解空间范围内求解该问 题的最优解， 确定最优布局中各构件的中心 坐标的可行解； 然后以GA得到的可行解为初值， 利用GLM进行快速精确 求解得到整体截面布局； 在得到截面整体最优布局之后引入分层策 略， 继续采用GLM算法进行优化从而得到脐带缆截面分层布局形式。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115329481 A 3