Prediction Model of Ultimate Bearing Capacity of Submarine Corroded Pipelines
摘 要
准确的预测海底腐蚀管道极限承载力对于评估海底管道寿命、保证海底油气管道安全运行具有重要意义。针对BP神经网络(BPNN)模型学习效率低、对初始权重敏感且容易陷入局部最优状态等缺点,采用人工蜂群(ABC)算法来优化BPNN的初始权值和阈值,建立了ABC-BPNN海底腐蚀管道极限承载力预测模型。使用MATLAB软件搭建模型并进行预测,同时与BPNN模型、遗传算法(GA)优化的BPNN模型和粒子群优化算法(PSO)优化的BPNN模型进行对比分析。结果表明:ABC-BPNN模型预测海底腐蚀管道极限承载力的平均相对误差为1.975 0%,优于BPNN、GA-BPNN和PSO-BPNN模型的预测结果;ABC-BPNN模型的预测结果所拟合出来的直线与Y=X直线最为贴近,证明了ABC-BPNN模型作为预测海底腐蚀管道极限承载力工具的准确性和稳定性。
Abstract
Accurate prediction of the ultimate bearing capacity of submarine corroded pipelines is of great significance for assessing the life of submarine pipelines and ensuring the safe operation of submarine oil and gas pipelines. Aiming at the disadvantages of low learning efficiency of BP neural network (BPNN) model, sensitive to initial weights and easy to fall into local optimal state, artificial bee colony (ABC) algorithm was used to optimize the initial weights and thresholds of BPNN, and ABC-BPNN prediction model for ultimate bearing capacity of submarine corroded pipeline was established. Using MATLAB software to build the model and to make predictions, and compare and analyze with the BPNN model, the BPNN model optimized by the genetic algorithm (GA-BPNN) and the BPNN model optimized by the particle swarm optimization algorithm (PSO-BPNN). The results showed that the average relative error of the ABC-BPNN model to predict the ultimate bearing capacity of submarine corrosion pipelines was 1. 975 0%, which was better than the prediction results of the BPNN, GA-BPNN and PSO-BPNN models. The line fitted by the prediction results of the ABC-BPNN model was the closest to the Y=X line, which proved the accuracy and robustness of the ABC-BPNN model as a tool for predicting the ultimate bearing capacity of submarine corrosion pipelines.
中图分类号 TG172.5 DOI 10.11973/fsyfh-202312019
所属栏目 应用技术
基金项目 陕西省教育厅2019年度服务地方专项计划项目(19JC034);西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划资助(YCS21113103)
收稿日期 2022/1/6
修改稿日期
网络出版日期
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引用该论文: XIAO Rongge,LIU Bo,ZHOU Peng,YI Dongrui. Prediction Model of Ultimate Bearing Capacity of Submarine Corroded Pipelines[J]. Corrosion & Protection, 2023, 44(12): 124
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参考文献
【1】王金英, 赵冬岩.渤海海底管道工程的现状、特点和问题[J].石油学报, 1993, 14(4):134-140.
【2】周大可. 海底管道完整性管理方法概述[J].当代化工研究, 2021(16):175-177.
【3】程浩力, 刘德俊.基于GM(1, 1)模型预测海底管道腐蚀速率软件的开发[J].辽宁石油化工大学学报, 2011, 31(3):58-61.
【4】张忠明, 薛龙, 李齐龙, 等.高压干法X65管线钢GMAW焊接接头在模拟海水中的腐蚀行为[J].焊接学报, 2021, 42(5):45-50, 100.
【5】ERICKSON J.Gas distribution integrity management rule is on its way[J].Pipeline & Gas Journal, 2007, 234(6):36-39.
【6】孙成, 韦博鑫, 覃清钰, 等.X80埋地管道应力腐蚀开裂关键影响因素研究进展[J].油气储运, 2021, 40(9):973-979.
【7】李志, 黄小艳, 熊春宝, 等.基于混合分布模型的海底管道腐蚀特性分析[J].表面技术, 2022, 51(5):186-197, 233.
【8】吴志平, 陈振华, 戴联双, 等.油气管道腐蚀检测技术发展现状与思考[J].油气储运, 2020, 39(8):851-860.
【9】谢鹏, 刘昊, 龚雨晗, 等.基于深度学习的海底管道外腐蚀剩余强度评估[J].油气储运, 2021, 40(6):651-657.
【10】SILVA R C C, GUERREIRO J N C, LOULA A F D.A study of pipe interacting corrosion defects using the FEM and neural networks[J].Advances in Engineering Software, 2007, 38(11/12):868-875.
【11】NETTO T A, FERRAZ U S, ESTEFEN S F.The effect of corrosion defects on the burst pressure of pipelines[J].Journal of Constructional Steel Research, 2005, 61(8):1185-1204.
【12】吴龙飞. 基于有限元分析的海底管道剩余强度预测方法研究[D].杭州:浙江工业大学, 2019.
【13】陈严飞. 海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究[D].大连:大连理工大学, 2009.
【14】喻西崇, 胡永全, 赵金洲, 等.腐蚀管道的剩余强度计算方法研究[J].力学学报, 2004, 36(3):281-287.
【15】靳文博, 肖荣鸽, 田震, 等.基于广义回归神经网络的海底腐蚀管道极限承载力预测[J].热加工工艺, 2020, 49(8):58-61.
【16】王原嵩. 基于GA-BP神经网络的海底腐蚀管道极限承载力研究[D].大连:大连理工大学, 2009.
【17】张驰, 郭媛, 黎明.人工神经网络模型发展及应用综述[J].计算机工程与应用, 2021, 57(11):57-69.
【18】YANG S H, JIANG H W.An overview of artificial bee colony algorithm[C]//Proceedings of the 2015 International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics.Paris:Atlantis Press, 2015:1246-1251.
【19】王润. 基于人工蜂群算法优化的集成分类手势识别方法的研究[D].兰州:兰州理工大学, 2021.
【20】郑建锋, 王应明.基于DEA-BP神经网络的效率置信区间预测模型研究[J].计算机工程与应用, 2021, 57(3):273-278.
【21】吉根林. 遗传算法研究综述[J].计算机应用与软件, 2004, 21(2):69-73.
【22】KENNEDY J, EBERHART R.Particle swarm optimization[C]//Proceedings of ICNN'95-International Conference on Neural Networks.Perth:IEEE, 2002:1942-1948.
【23】郑伟, 刘静, 曾建潮.人工蜂群算法及其在组合优化中的应用研究[J].太原科技大学学报, 2010, 31(6):467-471.
【2】周大可. 海底管道完整性管理方法概述[J].当代化工研究, 2021(16):175-177.
【3】程浩力, 刘德俊.基于GM(1, 1)模型预测海底管道腐蚀速率软件的开发[J].辽宁石油化工大学学报, 2011, 31(3):58-61.
【4】张忠明, 薛龙, 李齐龙, 等.高压干法X65管线钢GMAW焊接接头在模拟海水中的腐蚀行为[J].焊接学报, 2021, 42(5):45-50, 100.
【5】ERICKSON J.Gas distribution integrity management rule is on its way[J].Pipeline & Gas Journal, 2007, 234(6):36-39.
【6】孙成, 韦博鑫, 覃清钰, 等.X80埋地管道应力腐蚀开裂关键影响因素研究进展[J].油气储运, 2021, 40(9):973-979.
【7】李志, 黄小艳, 熊春宝, 等.基于混合分布模型的海底管道腐蚀特性分析[J].表面技术, 2022, 51(5):186-197, 233.
【8】吴志平, 陈振华, 戴联双, 等.油气管道腐蚀检测技术发展现状与思考[J].油气储运, 2020, 39(8):851-860.
【9】谢鹏, 刘昊, 龚雨晗, 等.基于深度学习的海底管道外腐蚀剩余强度评估[J].油气储运, 2021, 40(6):651-657.
【10】SILVA R C C, GUERREIRO J N C, LOULA A F D.A study of pipe interacting corrosion defects using the FEM and neural networks[J].Advances in Engineering Software, 2007, 38(11/12):868-875.
【11】NETTO T A, FERRAZ U S, ESTEFEN S F.The effect of corrosion defects on the burst pressure of pipelines[J].Journal of Constructional Steel Research, 2005, 61(8):1185-1204.
【12】吴龙飞. 基于有限元分析的海底管道剩余强度预测方法研究[D].杭州:浙江工业大学, 2019.
【13】陈严飞. 海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究[D].大连:大连理工大学, 2009.
【14】喻西崇, 胡永全, 赵金洲, 等.腐蚀管道的剩余强度计算方法研究[J].力学学报, 2004, 36(3):281-287.
【15】靳文博, 肖荣鸽, 田震, 等.基于广义回归神经网络的海底腐蚀管道极限承载力预测[J].热加工工艺, 2020, 49(8):58-61.
【16】王原嵩. 基于GA-BP神经网络的海底腐蚀管道极限承载力研究[D].大连:大连理工大学, 2009.
【17】张驰, 郭媛, 黎明.人工神经网络模型发展及应用综述[J].计算机工程与应用, 2021, 57(11):57-69.
【18】YANG S H, JIANG H W.An overview of artificial bee colony algorithm[C]//Proceedings of the 2015 International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics.Paris:Atlantis Press, 2015:1246-1251.
【19】王润. 基于人工蜂群算法优化的集成分类手势识别方法的研究[D].兰州:兰州理工大学, 2021.
【20】郑建锋, 王应明.基于DEA-BP神经网络的效率置信区间预测模型研究[J].计算机工程与应用, 2021, 57(3):273-278.
【21】吉根林. 遗传算法研究综述[J].计算机应用与软件, 2004, 21(2):69-73.
【22】KENNEDY J, EBERHART R.Particle swarm optimization[C]//Proceedings of ICNN'95-International Conference on Neural Networks.Perth:IEEE, 2002:1942-1948.
【23】郑伟, 刘静, 曾建潮.人工蜂群算法及其在组合优化中的应用研究[J].太原科技大学学报, 2010, 31(6):467-471.
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