導(dǎo)管架平臺損傷檢測及疲勞壽命研究.pdf

1、由于海洋平臺具有結(jié)構(gòu)龐大、載荷復(fù)雜多變以及所處環(huán)境惡劣等特點(diǎn)，早期的研究項目大多是對某些重要部位上節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力和加速度進(jìn)行監(jiān)測，來分析平臺的疲勞壽命及整體強(qiáng)度安全性評估。隨著結(jié)構(gòu)參數(shù)識別、損傷分析和安全度評估理論及技術(shù)研究的不斷深入，以及各種傳感器元件、測試設(shè)備和計算機(jī)硬件、軟件系統(tǒng)的發(fā)展，海洋結(jié)構(gòu)物的損傷檢測以及實時監(jiān)測與安全評估等方面的研究取得了很大的進(jìn)展。對于海洋平臺，損傷的出現(xiàn)會不同程度地引起結(jié)構(gòu)參數(shù)的改變，結(jié)構(gòu)動力特性能敏感地從

2、整體上反映結(jié)構(gòu)參數(shù)的變異，因此結(jié)構(gòu)的動力檢測是一種有效的檢測手段。 (1) 首先對某現(xiàn)役平臺進(jìn)行了模型試驗，通過模擬不同損傷狀態(tài)，采用動力學(xué)的方法，試圖通過頻率、動力響應(yīng)時間歷程來說明損傷前后這些特性的變化。特別指出了，當(dāng)損傷很小時(這些是工程中極為關(guān)心的內(nèi)容)，直接通過這些動力學(xué)參數(shù)，很難發(fā)現(xiàn)損傷。 (2) 小波變換具有在時域和頻域內(nèi)表征信號局部特性的能力，能夠在不同尺度下對結(jié)構(gòu)響應(yīng)中的突變信號進(jìn)行放大和識別。本文在位

3、移模態(tài)振型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于小波變換的結(jié)構(gòu)損傷檢測方法。將損傷前后結(jié)構(gòu)的位移模態(tài)振型差作為原始信號進(jìn)行小尺度小波變換，選擇性能優(yōu)越的bior6.8小波，對損傷前后結(jié)構(gòu)的位移模態(tài)振型差進(jìn)行一維小尺度連續(xù)小波變換，以損傷前后小波變換系數(shù)作為損傷指標(biāo)，通過損傷指標(biāo)的分布情況進(jìn)行損傷檢測和定位通過損傷前后位移模態(tài)振型差小波變換系數(shù)的變化，可判定損傷存在，確定損傷位置。并通過懸臂梁和海洋平臺的數(shù)值模擬對該方法進(jìn)行了驗證。 (3) 針

4、對結(jié)構(gòu)動力特性參數(shù)的變化可能很小從而不足以反映結(jié)構(gòu)的這種早期微小損傷。我們提出采用小波變換的方法來進(jìn)行小損傷的檢測，文中將結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)(FRF)通過連續(xù)小波變換，加速度響應(yīng)通過Daubechies-6小波進(jìn)行小波變換，從很好地預(yù)報了損傷的存在。這一結(jié)果還和所進(jìn)行的模型試驗進(jìn)行了對比，從而驗證了本文方法的可行性。 (4) 小波包分析(Wavelet Packet Analysis)能夠為信號提供一更加精細(xì)的分析方法，它將頻帶進(jìn)行

5、多層次劃分，對多分辨分析沒有細(xì)分的高頻部分進(jìn)一步分解，并能夠根據(jù)被分析信號的特征，自適應(yīng)地選擇相應(yīng)頻帶，使之與信號頻譜匹配，從而提高了時頻分辨率，因此小波包具有更廣泛的應(yīng)用價值。借助小波包分析，進(jìn)行多層次的高頻和低頻分解，更有效地發(fā)現(xiàn)信號奇異性，找到與損傷對應(yīng)的信號特征。針對本文的模型實驗結(jié)果，本文采用小波包方法，分別選用Haar小波、Daubechies N(N=2，3，4)、Symlets N(N=2，3，4)、Bior1.1，2.

6、2，3.1，1.3和Rbio2.2,3.1，4.4等各種不同的小波作為小波基，對上述加速度信號進(jìn)行小波包變換，用各種小波進(jìn)行小波包變換得到低頻部分(A1)和高頻部分(D1)。從而給出了損傷預(yù)測。 (5) 為了能夠?qū)κ軗p平臺的安全性作出合理的評價，本文針對某平臺，首先針對服役環(huán)境，詳細(xì)地計算了環(huán)境載荷，并通過有限元模型計算了各個相關(guān)工況下受損平臺的名義應(yīng)力分布。假定平臺結(jié)構(gòu)存在初始裂紋，本文采用MC方法和裂紋擴(kuò)展的PAR工S公式，