title: Βελτιστοποίηση της δυναμικής απόκρισης δεξαμενών αποθήκευσης υγροποιημένου φυσικού αερίου
title: Οptimization of dynamic response of liquefied natural gas tanks
Creators: name: Σπαχης Ανδρεας
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έχει ως αντικείμενο τη βελτιστοποίηση της δυναμικής απόκρισης δεξαμενών αποθήκευσης υγροποιημένου φυσικού αερίου. Πιο συγκεκριμένα, η εργασία αφορά στη μελέτη ‐με σύγχρονες υπολογιστικές
μεθόδους‐ της σεισμικής συμπεριφοράς συγκεκριμένου τύπου και σχήματος
δεξαμενών αποθήκευσης υγροποιημένου φυσικού αερίου. Έμφαση έχει δοθεί και
στη βελτίωση της δυναμικής απόκρισης των υπό μελέτη δεξαμενών, με χρήση
αποτελεσματικών συστημάτων σεισμικής μόνωσης στη θεμελίωση της κατασκευής.
Οι ανωτέρω στόχοι υλοποιούνται με εφαρμογή κατάλληλου λογισμικού
πεπερασμένων στοιχείων για την ανάλυση του σύνθετου φαινομένου δυναμικής
αλληλεπίδρασης (δεξαμενής‐περιεχόμενου).
Επιπροσθέτως, στο πλαίσιο της εργασίας αναπτύχθηκε μια αποτελεσματική
μεθοδολογία βελτίωσης της σεισμικής απόκρισης των δεξαμενών μέσω της
βελτιστοποίησης κρίσιμων παραμέτρων σχεδιασμού. Αυτό επιτεύχθηκε με την
ανάπτυξη κατάλληλου κώδικα, ο οποίος βασίζεται σε ρεαλιστικά δεδομένα και
δύναται να συμβάλει στην υλοποίηση των βέλτιστων μέτρων αντισεισμικής
προστασίας, στον αποτελεσματικότερο τεχνο‐οικονομικό σχεδιασμό και στη μείωση της πιθανότητας αστοχίας του έργου. Πιο συγκριμένα, αναπτύχθηκαν κώδικες με χρήση της πλατφόρμας MATLAB για να εφαρμοσθεί η μεθοδολογία
βελτιστοποίησης της σεισμικής μόνωσης με χρήση του εξελικτικού αλγορίθμου
«αναζήτησης κούκων». Τα αποτελέσματα της εν λόγω διαδικασίας χρησιμοποιούνται ως δεδομένα εισόδου στο λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων,
έτσι ώστε να διεξαχθεί η παραμετρική μελέτη της δυναμικής απόκρισης των
εξεταζόμενων δεξαμενών.
Η δομή της εργασίας διαμορφώνεται ως εξής: αρχικά γίνεται μια περιγραφή
της διαδικασίας αντισεισμικού σχεδιασμού των δεξαμενών υγροποιημένου
φυσικού αερίου για την καλύτερη δυνατή αντιμετώπιση του σεισμικού κινδύνου.
Στη συνέχεια, παρουσιάζεται το θεωρητικό υπόβαθρο πάνω στο οποίο θα βασιστεί
η διαδικασία προσομοίωσης των δεξαμενών που θα μελετηθούν στην παρούσα
διερεύνηση. Ακολούθως, γίνεται αναφορά στη διαμόρφωση του προβλήματος
βελτιστοποίησης, δηλαδή των παραμέτρων και των συναρτήσεων βέλτιστου
σχεδιασμού του εξεταζόμενου προβλήματος. Επίσης, γίνεται αναφορά στον
αλγόριθμο βελτιστοποίησης και στον σχετικό κώδικα που αναπτύχτηκε στο
περιβάλλον του MATLAB. Στη συνέχεια, γίνεται η προσομοίωση των δεξαμενών και
η δυναμική ανάλυσή τους με χρήση κατάλληλου λογισμικού, όπως το SAP2000. Η
εργασία ολοκληρώνεται με τη διενέργεια μιας εκτενούς παραμετρικής ανάλυσης,
την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων συγκριτικά και με τη σχετική βιβλιογραφία, και τέλος με την παρουσίαση των εξαχθέντων συμπερασμάτων.
description: This post‐graduate diploma thesis focuses on the optimization of the dynamic
response of liquefied natural gas (LNG) tanks. The study investigates the seismic
response of particular types of LNG tanks, using advanced computational methods.
Specifically, the possibility of improving the dynamic response of the tanks, using
effective seismic isolation systems at the foundation level, constitutes one of the
most important aspects of this study.
The aforementioned goals are achieved through the application of finite
element software for the analysis of the complex dynamic interaction (tank‐liquid‐
interaction). Furthermore, an efficient methodology for improving the seismic
response of tanks through optimization of critical design parameters of the isolators has been developed. This has been achieved by developing a code that is applicable to real data and is able to lead to the implementation of optimal seismic protection measures, more efficient techno‐economic design so that to reduce the probability of failure of the superstructure. Specifically, codes were developed using MATLAB so as to implement optimization methodology using Cuckoo Search algorithm, while the results were used as input data in the finite element software in order to carry out the parametric study of the dynamic response of the tanks.
The outline of the study is briefly described: Firstly, the seismic design of LNG
tanks is described. Subsequently, the theoretical background which has been
implemented for the simulation of the dynamic response of isolated tanks is
presented. Then, the optimization formulation is configured, which includes the
design variables as well as objective and constraints functions. In addition, the
optimization algorithm and the developed MATLAB codes are presented. Then, the
examined tanks are simulated and analyzed using finite element software SAP2000.
Finally, a detailed parametric analysis is conducted, the numerical results are
presented and compared to results derived from relevant studies, and the
conclusions drawn are provided.