基于海洋平臺單點(diǎn)系泊原型測量的模態(tài)分析.pdf

1、海洋平臺是海上油氣開發(fā)的主要設(shè)施，其健康狀況與石油開采和工作人員的安全生產(chǎn)作業(yè)密切相關(guān)。海洋平臺是大型振動結(jié)構(gòu)，通過水池模型試驗(yàn)來研究其結(jié)構(gòu)會受到縮尺效應(yīng)的影響，仿真的外部激勵(lì)也不能完全模擬海洋環(huán)境荷載，這些為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析帶來很大困難。因此，海洋平臺原型測量對相關(guān)的研究具有重要意義。
　　本文對浮式生產(chǎn)儲油卸油裝置(FPSO)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的原型測量進(jìn)行了研究，獲得了系泊系統(tǒng)的原型測量數(shù)據(jù)。為了保證FPSO的安全生產(chǎn)作業(yè)，需要通

2、過單點(diǎn)系泊系統(tǒng)限制FPSO的運(yùn)動范圍，但是長期使用會給系泊造成一定勞損。因此，需要通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系泊的健康狀況，其目標(biāo)之一是對系泊進(jìn)行損傷識別，而準(zhǔn)確地識別出模態(tài)參數(shù)是結(jié)構(gòu)損傷識別的關(guān)鍵。
　　FPSO長期處在復(fù)雜的環(huán)境激勵(lì)下，系泊運(yùn)動具有明顯的非平穩(wěn)特征。響應(yīng)中的非平穩(wěn)成分使隨機(jī)減量偏離指數(shù)衰減信號，且系泊響應(yīng)的模態(tài)分布密集，用已有方法識別出的模態(tài)相互耦合。針對以上問題，提出一種基于平穩(wěn)化濾波器—獨(dú)立分量分析(filter-I

3、CA)的模態(tài)識別方法。在ICA的預(yù)處理中引入滑動平均平穩(wěn)化濾波器，消除了非平穩(wěn)成分對模態(tài)參數(shù)識別的影響。在多自由度仿真系統(tǒng)的模態(tài)識別中，識別結(jié)果與理論值吻合。用該方法分析了FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的原型測量數(shù)據(jù)，與已有方法的識別結(jié)果相比，模態(tài)分布明顯，與模態(tài)振型對應(yīng)的系泊運(yùn)動軌跡表現(xiàn)出單一運(yùn)動形式。
　　在對結(jié)構(gòu)的長期監(jiān)測中，阻尼從能量損耗的角度反映了結(jié)構(gòu)的特征，其變化可以在一定程度上反映結(jié)構(gòu)的損傷情況。但是基于監(jiān)測數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)的識別中

4、，特別是對具有非平穩(wěn)響應(yīng)的動力系統(tǒng)來說，阻尼比的識別精度不高。因此，本文提出一種基于時(shí)頻ICA的結(jié)構(gòu)阻尼比識別方法，減小阻尼比對模態(tài)識別準(zhǔn)確度的影響，在仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了該方法的有效性。通過原型測量數(shù)據(jù)的分析，識別了FPSO單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的阻尼比。將相同頻率段的阻尼比識別結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了該方法的穩(wěn)定性更好。
　　以上研究從時(shí)不變系統(tǒng)角度對系泊進(jìn)行了模態(tài)分析，但船體發(fā)生縱蕩運(yùn)動時(shí)，系泊系統(tǒng)的軟剛臂伸展長度會變化，此時(shí)可將系泊看作時(shí)變