海洋平台结构损伤识别与定位新方法及试验验证

基于小波变换的时频局域化特性和BP神经网络的非线性映射特性,结合两者优点提出了基于小波包分析和神经网络方法的海洋平台三步法损伤定位方法。对海洋平台结构加速度响应信号进行小波包分析,提取小波包特征向量,将小波包结点能量变化量指标作为BP网络的输入向量,逐步确定损伤位置。设计一典型导管架式海洋平台试验模型,分别进行岸上脉冲激励及水池中波浪激励下平台结构损伤识别与定位模型试验,对该方法的可行性和适用性进行了验证。     

基于小波变换的固定式海洋平台结构损伤识别方法研究

小波变换在分析非平稳信号方面较傅立叶变换更有效,为了检测出海洋平台结构中裂缝或因刚度降低引起的损伤,对海洋平台的响应信号进行离散小波变换,通过分析变换后的信号是否有突变现象判断结构是否出现损伤,并结合模态应变能法实现了对结构损伤的定位,探讨了传感器位置对识别效果的影响。     

基于小波分析的海洋平台实时结构健康监测

由于海洋平台结构长期处于恶劣的海洋环境中,并受到各种载荷的交互作用,结构容易产生各种形式的损伤。因此,对海洋平台进行实时监测有着十分重要的现实意义。以单筒简易导管架平台为例,主要在结构损伤的判定和定位两方面对海洋平台的实时结构健康监测进行研究,结果表明通过对结构响应信号进行小波分析,小波变换系数和小波包能量分布可以很好地定义损伤识别指标。     

基于小波变换的海洋平台损伤检测研究

当结构物产生损伤时,结构的动力特性会发生变化,从而引起结构振动响应产生相应的变化。小波变换是奇异性信号的良好检测工具,可以用于识别结构损伤的发生。建立了某海洋平台有限元模型,得到了随机海浪作用下不同损伤工况的结构振动响应。基于小波变换损伤检测,针对不同类型杆件损伤、不同位置杆件损伤、不同程度的噪声污染以及不同方向振动响应信号情况下,分别研究了海洋平台结构的损伤检测问题,得到了一些有用的结论。     

结构损伤初步定位的简便方法

提出将基于动态特性的检测方法与局部物理检测手段相结合的探伤思路。利用动力学方法进行实时监测及损伤区域的粗略定位,再由物理探测方法实现损伤程度和位置的精确判断,从而降低对动态检测方法的精度要求。此外,文中尝试直接由结构的动力响应信号构建能量指标识别结构损伤的方法,不需要进行模态参数识别,算法简单,有望应用于海洋平台、高层建筑等可简化为串联多自由度体系的结构的实时监测和损伤初步定位。     

浅海导管架平台结构损伤诊断试验研究

基于模型试验研究了浅海导管架平台的结构损伤诊断,采用标量型ARMA模型识别出结构的三阶模态参数,分别采用遗传算法和模态应变能法对试验模型不同模拟损伤工况进行了损伤诊断。基于遗传算法,提出了采用不同自由度一阶模态参数的损伤诊断方法。研究表明,由于海洋平台的前三阶模态分别为不同自由度的一阶模态,采用两阶或三阶模态识别损伤时,损伤杆件影响较小的自由度方向的模态参数对结构的损伤诊断将产生不利的影响,成为识别噪声。因此,可分别采用不同自由度的一阶模态进行结构损伤诊断。     

基于模型修正的海洋平台结构损伤识别试验研究

损伤识别是海洋平台结构健康监测的核心问题,对于保障结构的安全服役具有重要的意义。文中将交叉模型交叉模态(CMCM)有限元模型修正方法应用到了导管架式海洋平台结构的损伤识别中。针对实测模态含噪声条件下该方法遇到的"病态"求解难题,引入了截断奇异值分解正则化方法,提出了基于正则化模型修正的损伤识别过程。为验证该过程的有效性,制做了某导管架平台的钢质缩尺简化模型,并在两个典型构件处设置了损伤;利用冲击激励对结构进行了振动测试;根据模态识别结果,采用正则化模型修正过程对各损伤工况进行了损伤识别。结果表明,利用有限的低阶含噪声模态,借助正则化求解技术,该模型修正方法可有效地识别导管架平台结构的损伤。     

考虑腐蚀和冲刷的海洋平台损伤识别

以某导管架平台为模型,对分别存在腐蚀和桩基冲刷影响的结构进行模态分析,表明在腐蚀和桩基冲刷的影响下海洋平台的模态参数有明显的时变效应。基于频率变化和神经网络算法的损伤识别方法有较好的记忆能力和泛化能力,可准确识别结构损伤程度。忽略腐蚀和桩基冲刷的影响,基于神经网络算法的损伤识别结果产生较大误差,难以对损伤程度实现有效识别。考虑腐蚀和桩基冲刷影响,提出基于神经网络算法的海洋平台损伤识别方法的改进方案。数值研究表明,改进方法识别误差很小,可对损伤程度实现有效识别。     

海洋平台结构模态参数识别的仿真研究

将特征系统实现法(ERA)与CBSI算法相结合识别海洋平台结构的模态参数(固有频率,阻尼比,振型),利用有限的加速度信号进行结构模态参数识别。海洋平台结构数值模型模拟的动力响应信号用于参数识别。所识别出的海洋平台模态参数与有限元ANSYS分析所得的结果相比较,表明运用本文所提出的方法进行模态参数识别是有效的。     

极端海洋环境对海洋平台疲劳寿命的影响

基于渤海和南海的海洋平台设计环境条件,分析了近年来我国近海极端海洋环境条件的发生规律及其对海洋平台疲劳设计条件的冲击。采用Miner’s线性累积疲劳损伤准则和疲劳可靠性理论,研究了极端海况引起的疲劳损伤对海洋平台疲劳寿命的影响,提出了考虑极端海洋环境条件的海洋平台疲劳设计方法。研究表明,由于近年来全球气候变换带来的极端气象条件频发,导致海洋工程结构经历传统意义上的多年一遇海洋环境条件的概率大大增加,使得现行的海洋平台疲劳设计条件偏离了实际的海洋环境条件。数值算例表明,极端海况引起的疲劳损伤在总的疲劳损伤的比例大大增加,甚至成为疲劳损伤的主要部分。因此,这些极端海况引起的疲劳损伤对结构疲劳寿命的影响不容忽略,考虑极端海洋环境条件的海洋平台疲劳设计符合近年来的灾害性海况频发的现状。