基于柔性計(jì)算的海洋平臺(tái)故障診斷研究.pdf

1、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的健康檢測(cè)和故障診斷關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷后若不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取補(bǔ)救措施，會(huì)產(chǎn)生意想不到的后果。輕者使結(jié)構(gòu)承載能力下降，重者影響工作生產(chǎn)甚至發(fā)生坍塌。不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損傷，也會(huì)給環(huán)境和社會(huì)造成不良的影響，甚至殘害人民的生命。因此對(duì)于海洋平臺(tái)的故障診斷成為了國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域一個(gè)熱門(mén)的研究課題。同時(shí)，海洋平臺(tái)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、惡劣的工作環(huán)境，加上主要受力部分位于水下，發(fā)生損傷后，不易被發(fā)覺(jué)，使傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)損傷診

2、斷方法會(huì)顯得力不從心，這也使得海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)故障診斷研究成為了一個(gè)難題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，柔性計(jì)算理論以傳統(tǒng)計(jì)算方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，在結(jié)構(gòu)損傷診斷技術(shù)中被廣泛的研究和運(yùn)用，因此，本文采用柔性計(jì)算方法進(jìn)行了海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)故障診斷研究。
　　 將振動(dòng)模態(tài)分析理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法相結(jié)合研究海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)故障診斷。對(duì)于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)，想要一步進(jìn)行損傷定位和損傷程度的判定，勢(shì)必要花費(fèi)很長(zhǎng)的診斷時(shí)間，而且診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的規(guī)模較大，嚴(yán)重影響診

3、斷效果。因此，本文根據(jù)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用分步診斷的手段，來(lái)實(shí)現(xiàn)快速損傷定位，這也是本文的一個(gè)很重要的創(chuàng)新點(diǎn)。首先，把海洋平臺(tái)水下結(jié)構(gòu)部分，分成六個(gè)相似的子結(jié)構(gòu)，使用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行損傷子結(jié)構(gòu)的判定，輸入?yún)?shù)選用模態(tài)曲率變化率。確定了損傷所在子結(jié)構(gòu)后，要進(jìn)行損傷具體桿件的判定。單單使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷，因輸入樣本規(guī)模較大，且BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身具有收斂速度慢、易陷入局部極小值的缺陷，本文采用遺傳算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值進(jìn)行優(yōu)化的方法，

4、來(lái)彌補(bǔ)不足。GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行損傷具體桿件的判定，輸入?yún)?shù)選用結(jié)構(gòu)振型綜合變化率，即前三階振型變化率之和。最后進(jìn)行損傷程度的判定，同樣采用GA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷系統(tǒng)，輸入?yún)?shù)選用固有頻率平方變化率。
　　 采用有限元建立海洋平臺(tái)仿真模型，通過(guò)減小結(jié)構(gòu)內(nèi)桿件的彈性模量的方法模擬結(jié)構(gòu)損傷，彈性模量減小的越多，表示損傷程度越大。各模態(tài)參數(shù)的獲取，通過(guò)ANSYS10.0有限元分析軟件對(duì)結(jié)構(gòu)損傷前后進(jìn)行模態(tài)分析得到，并代入相應(yīng)的公式，

5、計(jì)算出我們所需要的網(wǎng)絡(luò)輸入?yún)?shù)。
　　 以某海洋平臺(tái)為數(shù)值算例，對(duì)上述新型診斷方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。各診斷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分別制作了充分的訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本，對(duì)不同的損傷工況，進(jìn)行了仿真分析。數(shù)值算例結(jié)果表明：基于柔性計(jì)算理論分步進(jìn)行海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)損傷診斷的方法是有效可行的，采用不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不同的輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)損傷定位和損傷程度判定。通過(guò)對(duì)單個(gè)構(gòu)件損傷情況診斷表明，該方法能夠快速進(jìn)行損傷定位，避免了測(cè)量大量模態(tài)數(shù)據(jù)，節(jié)省了診斷