基于OMA和MSE方法的導管架平臺故障檢測研究.pdf

1、人類社會在飛速發(fā)展的同時導致了陸地能源日益枯竭，今后對化石能源開發(fā)利用的重點必將轉(zhuǎn)移至海洋。海洋平臺作為海洋油氣資源開發(fā)的基礎設備，在服役期不斷受到各種自然載荷侵襲。據(jù)調(diào)查顯示，構件疲勞損傷已經(jīng)成為近年來國內(nèi)外海洋平臺重大事故的主要原因，所以針對海洋平臺的故障檢測技術也成為當下研究熱點。基于振動測試的損傷診斷原理是構件局部損傷導致結構振動測試信號發(fā)生改變，則根據(jù)響應可得到結構剛度和質(zhì)量等系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)變化。對于海洋平臺這樣的大型結構，常

2、規(guī)人工方式激勵方式成本高，且造成停工影響生產(chǎn)，不易實現(xiàn)在線監(jiān)測，本文提出利用自然載荷下的響應信號來進行故障診斷的方法(operational modal analysis-OMA)，降低了測試成本，對設備生產(chǎn)無影響，可以反映出結構真實動力響應。本文針對海洋平臺的故障檢測問題主要做了如下幾方面工作:
　　1.以常規(guī)自然載荷包括海風、波浪和海流等因素進行的分析研究為基礎，考慮環(huán)境要素耦合作用于海洋平臺構件的復雜工況，得到平臺各構件主要

3、自由度，為數(shù)值模擬和實際測試中傳感器布置提供了參考。
　　2.自然載荷響應幅值小、隨機性強、信噪比低，通過對目前幾類參數(shù)識別方法的分析比較，采用頻域峰值法和時頻域小波分析法從響應中識別出結構模態(tài)參數(shù)。
　　3.自然載荷激勵無法激發(fā)出大型三維結構的全部模態(tài)，且通過系統(tǒng)識別所得模態(tài)參數(shù)無法質(zhì)量歸一化，本文利用模態(tài)應變能(modal strain energy-MSE)變化率的相關參數(shù)為指標，針對上述問題提出了分組模態(tài)應變能的思想

4、，將每個單元剛度分解為軸向剛度、彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度三個分量，對應將單元模態(tài)應變能分為軸向拉壓和彎曲兩個指標（旋轉(zhuǎn)自由度不易測量，故拋棄扭轉(zhuǎn)應變能變化率指標）。這種方法擴展了已知模態(tài)，解決了自然載荷激勵下模態(tài)參數(shù)不完整的問題，僅利用低階模態(tài)參數(shù)便可對損傷位置和程度做出評估。
　　4.使用數(shù)值分析軟件ANSYS結合MATLAB對本文方法進行驗證，以中國海洋大學所制的海洋平臺比例模型為例，首先進行數(shù)值模擬求得模型在各種激勵下的響應，并提