Ολοκληρωμένο σύστημα αναγνώρισης και βέλτιστης ρύθμισης της συμπεριφοράς και της αποτελεσματικότητας πλωτών κυματοθραυστών

Abstract

The purpose of this thesis is the development of an integrated system for the identification and optimization of the performance of Moored Floating Breakwaters (MFB). This optimization is achieved, during their operation, through the modification of the total upstretched length of the mooring lines and by taking as inputs the accelerations of the MFB and the current wave frequency. The feasibility of developing the system is demonstrated numerically through the modelling of the performance of the MFB, which is based on the numerical models. The first model is related to 3D hydrodynamic analysis of the floating body, while the second one includes the static-dynamic analysis of the mooring lines. The stiffness and the drag damping of the mooring lines are calculated according to equations that are derived in this thesis. The results demonstrate that the modification of the length of the mooring lines with a simultaneous modification of the draft of the floating body results to the change of the characteristics of the mooring lines (stiffness-drag damping) and, therefore, it results to the modification of the hydrodynamic behaviour and the effectiveness of the MFB. The proposed system consists of two components fully connected to each other. The first component is related to the identification of the current status of the MFB and is implement numerically through the application of Artificial Neural Networks. The physical problem regarding the status identification of the MFB is expressed as a pattern classification problem. The second component includes the calculation of the new optimum status of the MFB and is implement numerically through the development of an optimization algorithm. The application of the proposed system enables the formation of design curves for the optimization of the hydrodynamic behaviour and the effectiveness of the MFB.

Στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος αναγνώρισης και βέλτιστης ρύθμισης της συμπεριφοράς και της αποτελεσματικότητας των Αγκυρωμένων Πλωτών Κυματοθραυστών (ΑΠΚ). Η βελτιστοποίηση αυτή επιτυγχάνεται κατά τη διάρκεια της λειτουργίας τους μέσω μεταβολής του ολικού διατεταμένου μήκους των καλωδιώσεων αγκύρωσης και λαμβάνοντας ως δεδομένα τις επιταχύνσεις του ΑΠΚ και την τρέχουσα κυματική συχνότητα. Η δυνατότητα ανάπτυξης του συστήματος καταδεικνύεται αριθμητικά μέσω μοντελοποίησης της συμπεριφοράς του ΑΠΚ, η οποία στηρίζεται στη συζευγμένη εφαρμογή (ανάπτυξη επαναληπτικής διαδικασίας σύζευξης) δύο αριθμητικών μοντέλων. Το πρώτο μοντέλο σχετίζεται με την 3D υδροδυναμική ανάλυση του πλωτού σώματος, ενώ το δεύτερο με τη στατική-δυναμική ανάλυση των καλωδιώσεων. Η δυσκαμψία και η συρτική απόσβεση των καλωδιώσεων υπολογίζονται κατόπιν εξαγωγής εξισώσεων. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η τροποποίηση του μήκους των καλωδιώσεων με ταυτόχρονη μεταβολή του βυθίσματος, επιφέρει μεταβολή των χαρακτηριστικών των καλωδιώσεων (δυσκαμψία-συρτική απόσβεση) και κατ’ επέκταση της συμπεριφοράς και της αποτελεσματικότητας του ΑΠΚ. Το προτεινόμενο σύστημα αποτελείται από δύο άμεσα συνδεδεμένες συνιστώσες. Η πρώτη σχετίζεται με την αναγνώριση της υφιστάμενης κατάστασης του ΑΠΚ και υλοποιείται αριθμητικά μέσω χρήσης Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων, κατόπιν έκφρασης του φυσικού προβλήματος ως προβλήματος κατηγοριοποίησης προτύπων. Η δεύτερη συνιστώσα περιλαμβάνει τον υπολογισμό της νέας βέλτιστης κατάστασης του ΑΠΚ και υλοποιείται αριθμητικά μέσω ανάπτυξης ενός αλγόριθμου βελτιστοποίησης. Η εφαρμογή του προτεινόμενου συστήματος επιτρέπει τη διαμόρφωση καμπυλών σχεδιασμού για τη βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς και της αποτελεσματικότητας του ΑΠΚ.