基于信息融合的海洋平臺結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與預(yù)警.pdf

1、目前世界范圍內(nèi)有大量海洋平臺正在服役或需要延壽繼續(xù)服役,為保證平臺服役期間的安全,必須研究相關(guān)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測與預(yù)警技術(shù)。本課題結(jié)合國家863項(xiàng)目“近海老齡平臺延壽技術(shù)研究”與中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“南海深水油氣開采風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)研究”中海洋平臺結(jié)構(gòu)監(jiān)測與管理等內(nèi)容展開研究,在海洋平臺狀態(tài)監(jiān)測模型實(shí)驗(yàn)、損傷識別、損傷定位與工程預(yù)警技術(shù)等4個(gè)方面取得較大進(jìn)展,為技術(shù)理論的實(shí)際工程應(yīng)用提供支持。本文主要研究成果歸納如下:

2、r>　　 1.海洋平臺狀態(tài)監(jiān)測模型實(shí)驗(yàn)
　　 設(shè)計(jì)振動(dòng)與聲發(fā)射檢測監(jiān)測方案,以海洋平臺模型為實(shí)驗(yàn)對象,通過預(yù)制損傷等物理手段模擬平臺的不同狀態(tài),調(diào)試加載設(shè)備,采集模型在振動(dòng)臺不同加載角度、頻率與增益激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)。利用傳感器、信號調(diào)理儀以及信號采集軟硬件系統(tǒng)組成監(jiān)測實(shí)驗(yàn)設(shè)備。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)從而選取最佳的信號采集狀態(tài)。
　　 2.海洋平臺損傷識別技術(shù)研究
　　

3、 為分析海洋平臺是否出現(xiàn)損傷,進(jìn)行信號處理方法及平臺不同狀態(tài)的定性對比研究。對多種信號處理方法進(jìn)行理論調(diào)研與數(shù)據(jù)分析,選擇合適的算法并調(diào)試計(jì)算程序。以實(shí)驗(yàn)得到的振動(dòng)與聲發(fā)射數(shù)據(jù)為依據(jù),選擇能夠有效表征平臺不同結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的特征參數(shù)與信號處理方法。結(jié)合數(shù)值分析結(jié)果,研究不同失效模式下海洋平臺結(jié)構(gòu)安全性能及健康狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)及規(guī)律。探索應(yīng)用聲發(fā)射與振動(dòng)監(jiān)測方法對表征不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)的有效性和敏感性,并據(jù)此開展監(jiān)測方法的有效組合模式和測點(diǎn)位置

4、優(yōu)化研究。
　　 3.海洋平臺損傷定位技術(shù)研究
　　 為發(fā)現(xiàn)海洋平臺損傷位置,進(jìn)行基于振動(dòng)與聲發(fā)射信息融合的損傷定位研究。對聲發(fā)射信號沿平臺構(gòu)件的傳播特性進(jìn)行分析,研究聲發(fā)射信號的衰減特點(diǎn),找出信號衰減主要發(fā)生的頻段,為損傷定位及傳感器布設(shè)方法的制定提供理論依據(jù)。研究振動(dòng)定位法,經(jīng)濾波后采用細(xì)化FFT法進(jìn)行信號處理,分析完好與損傷狀態(tài)下信號幅值變化率與損傷位置的對應(yīng)關(guān)系,得出振動(dòng)法可以在垂直方向上確定損傷位置。研究聲發(fā)射

5、定位法,確定能量計(jì)數(shù)的變化與損傷位置之間的關(guān)系,得出聲發(fā)射法可以在水平方向上確定損傷位置。兩種方法通過信息融合,可以對平臺整體進(jìn)行損傷定位。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)聲發(fā)射信號傳播規(guī)律研究,概括數(shù)學(xué)公式從而實(shí)現(xiàn)損傷的精細(xì)定位,實(shí)現(xiàn)損傷位置的快速準(zhǔn)確定位。
　　 4.海洋平臺工程預(yù)警技術(shù)研究
　　 為提前預(yù)測海洋平臺安全隱患,進(jìn)行工程預(yù)警技術(shù)研究。依據(jù)RBI制定經(jīng)濟(jì)合理技術(shù)流程,論述檢測設(shè)備各部分的布置要求,周圍環(huán)境噪聲的檢查與清除

6、,平臺工作人員的注意事項(xiàng),以及輔助設(shè)備的選取。提出基于聲發(fā)射技術(shù)的直接預(yù)警指標(biāo),并針對不同加載狀態(tài)下得到的振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù),通過計(jì)算分析,得出基于振動(dòng)監(jiān)測法的間接預(yù)警指標(biāo)。建立完善的海洋平臺安全監(jiān)測與預(yù)警硬件系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)海洋平臺安全狀況的24小時(shí)全天候監(jiān)測與預(yù)警功能。
　　 5.海洋平臺監(jiān)測與預(yù)警軟件系統(tǒng)研究
　　 為方便快速準(zhǔn)確處理聲發(fā)射與振動(dòng)信號實(shí)現(xiàn)平臺預(yù)警功能,基于MATLAB GUI功能,通過將多種信號處理方法進(jìn)行有效

7、集成,最終開發(fā)出海洋平臺預(yù)警信號處理系統(tǒng),分為數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用模塊三部分。數(shù)據(jù)庫是軟件中所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換的場所,是軟件的核心部分;數(shù)據(jù)輸入是軟件實(shí)現(xiàn)其功能的依據(jù),包括聲發(fā)射、振動(dòng)等檢測數(shù)據(jù);應(yīng)用模塊是軟件具體功能的實(shí)現(xiàn),主要包括5個(gè)應(yīng)用模塊:預(yù)處理、時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析、預(yù)警,其中每個(gè)大的應(yīng)用模塊又分為若干個(gè)子模塊。借助該系統(tǒng),用戶能夠通過界面操作的方式,選擇性組合應(yīng)用多種方法對監(jiān)測得到的聲發(fā)射或振動(dòng)信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理