基于振動(dòng)檢測(cè)的海洋平臺(tái)模型修正方法研究.pdf

1、大型土木工程結(jié)構(gòu)(如海洋平臺(tái))在其服役期間,長(zhǎng)期受到各種環(huán)境載荷作用,損傷不可避免?；谡駝?dòng)響應(yīng)的大型結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)于確保海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全具有重大工程意義。海洋平臺(tái)長(zhǎng)期服役在惡劣的海洋環(huán)境中,并受到各種載荷的交互作用,結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生各種形式的損傷,使結(jié)構(gòu)的承載能力下降,嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致平臺(tái)失效。發(fā)展有效的損傷檢測(cè)技術(shù)對(duì)避免海洋平臺(tái)災(zāi)難性事故的發(fā)生十分關(guān)鍵。海洋平臺(tái)模型修正技術(shù)為動(dòng)力分析、模態(tài)測(cè)試及損傷檢測(cè)提供準(zhǔn)確的有限元模型,也是一項(xiàng)非

2、常關(guān)鍵的技術(shù)。結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的核心內(nèi)容,大多數(shù)損傷識(shí)別技術(shù)需要在精確的有限元模型基礎(chǔ)上進(jìn)行。然而,現(xiàn)役海洋平臺(tái)所處的環(huán)境復(fù)雜,傳感器布置困難；以及各種理論的人為假設(shè)、邊界條件的近似性、節(jié)點(diǎn)連接剛度的理想化等因素的影響,使得理論的有限元模型與真實(shí)結(jié)構(gòu)之間存在著較大的差異。模型修正技術(shù)就是在這個(gè)問(wèn)題的基礎(chǔ)上提出來(lái)的,模型修正技術(shù)依靠結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)修正理論的有限元模型,使之與實(shí)際結(jié)構(gòu)相吻合；此外,模型修正技術(shù)能優(yōu)化結(jié)構(gòu)建模過(guò)程,減

3、少人力、物力,提高經(jīng)濟(jì)效益。因此,如何有效地修正結(jié)構(gòu)的有限元模型具有重要的意義。
　　 本文主要進(jìn)行了以下兩方面的工作:
　　 (1)雖然在傳統(tǒng)的有限元建模方法中,常常是假設(shè)鋼架結(jié)構(gòu)的連接是剛性的,但這是不符合實(shí)際的。本文用半剛性連接來(lái)模擬節(jié)點(diǎn)不完全約束的情況,提高了有限元模型修正的準(zhǔn)確度。為了識(shí)別連接剛度和修正有限元模型,首先應(yīng)用擴(kuò)展后的交叉模態(tài)應(yīng)變能法(CMSE)估計(jì)連接剛度。以一個(gè)四層框架結(jié)構(gòu)為例,進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和模

4、型修正,證明CMSE方法的有效性。最后數(shù)值算例的結(jié)果表明:擴(kuò)展后的CMSE方法可以較好的進(jìn)行半剛性連接節(jié)點(diǎn)的模型修正和連接剛度估計(jì)。
　　 (2)針對(duì)模態(tài)信息空間不完備問(wèn)題,比較基于不同縮階方法的交叉模型交叉模態(tài)(CMCM)迭代修正方法的優(yōu)劣。通過(guò)一個(gè)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的數(shù)值算例,分別假設(shè)了7種損傷工況,為了體現(xiàn)損傷的隨機(jī)性,這7種損傷工況包括單損傷工況和多損傷工況,且各單元的損傷程度也各不相同。然后基于縮階方法的CMCM迭代修正方法