基于應(yīng)變模態(tài)法智能識別海洋導(dǎo)管架平臺的構(gòu)件裂紋.pdf

1、海洋平臺結(jié)構(gòu)龐大，受風(fēng)、浪、流和冰等環(huán)境因素長期作用，同時還受到地震、臺風(fēng)、海嘯和船舶碰撞等意外作用的威脅。在載荷作用下，導(dǎo)管架海洋平臺會出現(xiàn)裂紋。由于平臺部分結(jié)構(gòu)位于海面以下，裂紋不易被發(fā)現(xiàn)，難以直接進行人工檢測。當重要部件發(fā)生裂紋并在極端海況下產(chǎn)生擴展時，會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)失效，危及工作人員的生命安全，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟損失和海洋環(huán)境污染。所以，及時并盡早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的裂紋具有重要意義。
　　本文以某一含四分之一跨處單裂紋的簡支梁為例，

2、計算了該梁的非貫穿單邊裂紋損傷側(cè)上、下表面、貫穿裂紋的上表面和內(nèi)部非貫穿裂紋表面裂紋和內(nèi)部裂紋等情況的不同損傷程度的位移模態(tài)和應(yīng)變模態(tài)。根據(jù)已有的基于應(yīng)變模態(tài)差分原理的損傷位置直接指標法ISMSD，利用等間距差分格式計算該簡支梁非貫穿單邊裂紋應(yīng)變模態(tài)差分曲線，經(jīng)Matlab編程計算將曲線進行光滑，計算得到直接指標值。由直接指標值的最大值找到對應(yīng)的兩有效極值點，這兩個有效極值點間即是損傷位置。實例計算簡支梁非貫穿單邊裂紋損傷應(yīng)變模態(tài)差分曲

3、線，這些應(yīng)變模態(tài)差分曲線在損傷處發(fā)生劇烈變化。差分曲線非峰值點損傷在損傷處不出現(xiàn)極值，因而損傷處的差分值不為零。損傷量不同，差分曲線損傷處突變程度略有不同，其規(guī)律相似。
　　運用帶有Grubbs的支持向量機法和帶有Grubbs的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對該非貫穿裂紋簡支梁進行損傷程度智能識別，識別并評估了四分之一跨處單裂紋的損傷程度，并從性能及準確度方面對兩種方法進行了比較。若選取應(yīng)變模態(tài)差作為網(wǎng)絡(luò)輸入指標，本文采用的兩種方法都可以得到比較

4、高的識別精度，而且有良好適應(yīng)性。支持向量機方法相對誤差更小。
　　采用有限元軟件ANSYS計算了某導(dǎo)管架海洋平臺模型的一水平管件在完整狀態(tài)、含單裂紋、含雙裂紋三種情形時不同位置和不同損傷程度的頻率和應(yīng)變模態(tài)。驗證了損傷會引起結(jié)構(gòu)的頻率降低和應(yīng)變模態(tài)突變，頻率降低的幅度隨損傷程度的增加而增大。此外還發(fā)現(xiàn)，微小裂紋損傷時引起的頻率變化很小;水平管端點損傷和中點損傷的頻率下降幅度基本一致;雙裂紋情形時的頻率下降幅度均高于單裂紋情形時;損

5、傷處應(yīng)變模態(tài)曲線發(fā)生了顯著改變，隨損傷量的增加，應(yīng)變模態(tài)曲線突變增大。
　　采用SCE-UA算法和粗粒度并行遺傳算法對平臺模型的10處單裂紋進行了損傷程度的逐一智能識別。將應(yīng)變模態(tài)差作為SCE-UA算法和遺傳算法的輸入數(shù)據(jù)，這兩種方法均能取得較高的識別精度，具有良好的適應(yīng)性。其中SCE-UA算法損傷識別結(jié)果誤差更小，更精確。
　　振動診斷中的應(yīng)變模態(tài)法具有相對簡單，成本較低，具有實時性、在線性、提取信號方便性和遙測性、可控性