導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射特征提取.pdf

1、近海油氣的開發(fā)主要使用固定式海洋平臺(tái)，最常用的固定式海洋平臺(tái)是導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)，管結(jié)點(diǎn)裂紋破壞問題對(duì)導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)來講是一個(gè)公認(rèn)的設(shè)計(jì)問題，惡劣的海洋環(huán)境，有時(shí)會(huì)使導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)裂紋斷裂，早期診斷出結(jié)點(diǎn)裂紋是導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)的關(guān)鍵問題。因此，運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)海洋平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。聲發(fā)射技術(shù)的關(guān)鍵是從聲發(fā)射信號(hào)中提取特征，信號(hào)分析和處理是特征提取最常用的方法。由于聲發(fā)射信號(hào)是非平穩(wěn)非線性信號(hào)，因此有必要選擇

2、恰當(dāng)?shù)倪m合于非平穩(wěn)非線性信號(hào)分析的信號(hào)處理方法。 由于時(shí)頻分析方法能同時(shí)提供聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域和頻域信息，因而人們廣泛進(jìn)行了研究。但常用的時(shí)頻分析方法如窗口傅里葉變換和小波變換等都有各自的局限性。近年來，一種適合于處理非平穩(wěn)信號(hào)的時(shí)頻分析方法局域波法被提出來以后，經(jīng)驗(yàn)證在很多方面的應(yīng)用效果都優(yōu)于其它的信號(hào)處理方法。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，提出將局域波法引入到聲發(fā)射特征提取中。將局域波用于分析導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型的聲發(fā)

3、射信號(hào)，以獲得聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)頻特征和頻率能量分布。通過局域波分解將聲發(fā)射信號(hào)分解為一組本征模函數(shù)分量(IMF)，對(duì)每一個(gè)IMF分量進(jìn)行希爾伯特變換獲得信號(hào)能量隨時(shí)間和頻率的變化；由局域波時(shí)頻譜得到邊際譜，反映聲發(fā)射信號(hào)的能量頻率分布特征。分析了導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型模擬聲發(fā)射信號(hào)的特征，運(yùn)用局域波分析方法監(jiān)測到導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型裂紋聲發(fā)射信號(hào)的出現(xiàn)。試驗(yàn)表明，局域波法可以有效地捕捉到導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)裂紋的聲發(fā)射信號(hào)，在聲發(fā)射信號(hào)處

4、理領(lǐng)域?qū)?huì)有廣闊的應(yīng)用前景。 本文提出了一種新的結(jié)構(gòu)裂紋聲發(fā)射信號(hào)特征提取方法——近似熵法，近似熵是一種最近新發(fā)展起來的度量序列復(fù)雜性的統(tǒng)計(jì)方法。介紹了近似熵的概念及性質(zhì)，并對(duì)仿真聲發(fā)射信號(hào)和預(yù)制裂紋鋼管在逐漸加載作用下的裂紋擴(kuò)展聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行了近似熵計(jì)算分析，結(jié)果表明，近似熵在表征聲發(fā)射信號(hào)的復(fù)雜性方面有明顯的效果，從而為聲發(fā)射信號(hào)分析提供了一種很有效的新方法。 提出將近期發(fā)展的局域波法和近似熵法相結(jié)合應(yīng)用于聲發(fā)射信號(hào)

5、的特征提取中。首先，將聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行局域波分解，得到自適應(yīng)的本征模函數(shù)分量，然后對(duì)各本征模函數(shù)分量計(jì)算近似熵，描述各本征模函數(shù)分量的復(fù)雜程度，監(jiān)測聲發(fā)射信號(hào)的發(fā)生和發(fā)展，量化聲發(fā)射信號(hào)的特征。通過預(yù)制裂紋鋼管逐漸加載試驗(yàn)，分析計(jì)算了鋼管裂紋聲發(fā)射信號(hào)的各本征模函數(shù)分量的近似熵，表明局域波法與近似熵相結(jié)合的方法可以有效地提取聲發(fā)射信號(hào)的特征，從而為聲發(fā)射信號(hào)特征提取提供了一種新的方法。 提出將近期發(fā)展的局域波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合應(yīng)用

6、于聲發(fā)射信號(hào)特征提取識(shí)別中。首先，將海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行局域波分解，得到自適應(yīng)的本征模函數(shù)分量，然后從各本征模函數(shù)分量中提取能量特征參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入?yún)?shù)來識(shí)別海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射信號(hào)。通過對(duì)導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型聲發(fā)射信號(hào)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明，以局域波法提取各頻帶能量作為特征參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以準(zhǔn)確、有效地識(shí)別導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型聲發(fā)射信號(hào)。從而為海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)特征提取識(shí)別提供了一種新的方法。 為管理大量導(dǎo)

7、管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，運(yùn)用識(shí)別算法對(duì)聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行定性識(shí)別研究，提出了建立以開放式數(shù)據(jù)庫為支持，基于局域波法的導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)平臺(tái)。采用PowerBuilder和Matlab等編程工具，結(jié)合SOLServer數(shù)據(jù)庫技術(shù)，通過多種接口設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)的數(shù)據(jù)、識(shí)別算法等的有機(jī)結(jié)合。通過試驗(yàn)證明，該識(shí)別平臺(tái)操作簡便，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值，對(duì)導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射信號(hào)的科學(xué)研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)