NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH SỐ HIỆU QUẢ TRONG PHÂN TÍCH TĨNH DÂY NEO ĐƠN CÓ GẮN VẬT TREO

Tóm tắt

Hệ thống dây neo có gắn vật treo (clump weight) là giải pháp hiệu quả để kiểm soát chuyển vị của công trình nổi và giảm lực nhổ tại neo. Tuy nhiên, sự gián đoạn về hình học tại vị trí treo vật khiến bài toán phân tích tĩnh trở nên phức tạp. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hiện nay đang được sử dụng rộng rãi, tuy cho kết quả chính xác nhưng tiêu tốn nhiều tài nguyên và thời gian tính toán, đặc biệt đối với trường hợp áp dụng vào các bài toán tối ưu hóa thiết kế đòi hỏi số lượng vòng lặp lớn. Để khắc phục nhược điểm này, bài báo đề xuất một mô hình số hiệu quả trong việc tìm nghiệm gần đúng của hệ phương trình phi tuyến xây dựng trên ngôn ngữ lập trình Python. Phương pháp này mô hình hóa dây neo thành các đoạn dây catenary liên tục nối tiếp nhau, thiết lập hệ phương trình phi tuyến dựa trên điều kiện cân bằng tĩnh và giải quyết bằng thuật toán Modified Powell Hybrid thông qua bộ giải fsolve. Kết quả tính toán được kiểm chứng với mô hình FEM cho thấy sai số xấp xỉ 0%, trong khi tốc độ tính toán rất nhanh (khoảng 0,2÷0,3s). Nghiên cứu này cung cấp một công cụ hiệu quả, tin cậy để giải quyết bài toán thiết kế sơ bộ và tối ưu hóa hệ thống neo cũng như tích hợp vào thuật toán tối ưu hệ thống này.

Abstract

Mooring lines attached with clump weights are effective solutions for controlling the displacement of floating structures and reducing uplift forces at the anchor. However, the geometric discontinuity at the attachment points complicates static analysis. Currently, Finite Element Method (FEM) is widely utilized for the calculation this problem. However, this method is  computationally expensive and time-consuming, especially for design optimization problems that require a large number of iterations. To address this issue, this paper proposes a computational model using an effective Numerical Method built on the Python programming language. This method models the mooring line as a series of continuous catenary segments, establishes a system of nonlinear equations based on static equilibrium conditions, and solves it using the Modified Powell Hybrid algorithm via the fsolve solver. Validation against FEM models shows negligible error (approximately 0%) while achieving superior computational speed (around 0.2÷0.3s). This study provides an efficient and reliable tool for preliminary design and optimization of mooring systems, as well as for integration into system optimization algorithms.

Keywords: Mooring line, Clump weight, floating body, Numerical Method.