基于模態(tài)參數(shù)識(shí)別的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型修正技術(shù)研究.pdf

1、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期服役在惡劣的海洋環(huán)境中,其安全性和耐久性極其重要,一旦發(fā)生事故,不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡,而且造成環(huán)境污染、生態(tài)破壞等不良后果。為了保障海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全服役,避免重大的惡性事故發(fā)生,必須對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)進(jìn)行安全與壽命評(píng)估。
　　一個(gè)反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的評(píng)估模型是進(jìn)行海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的基礎(chǔ),但是按照原始設(shè)計(jì)資料建立的模型與現(xiàn)役結(jié)構(gòu)之間往往存在誤差,解決這一問(wèn)題的常用手段是模型修正技術(shù)。然而傳統(tǒng)的模型修

2、正方法多存在一些缺點(diǎn)(如矩陣型方法無(wú)法保持系統(tǒng)矩陣的對(duì)稱(chēng)性、稀疏性和正定性,使得修正后模型缺乏物理意義;而基于靈敏度的設(shè)計(jì)參數(shù)型方法多需要進(jìn)行迭代求解,計(jì)算負(fù)擔(dān)較重),很難應(yīng)用于大型的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)中。而交叉模型交叉模態(tài)(CMCM)方法不僅能彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足,且具有其它諸多優(yōu)點(diǎn),因此更有希望應(yīng)用于海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的模型修正中。
　　海洋工程結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜,建模的不確定性較多,但受測(cè)試條件的限制,實(shí)測(cè)信息往往非常有限,且受到噪聲的干擾

3、,這使得模型修正方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用受到了很大的限制,其中亟待解決的問(wèn)題有;1)修正參數(shù)的選擇;2)模型修正病態(tài)系統(tǒng)的求解;3)節(jié)點(diǎn)及邊界條件的修正等。而CMCM方法要推向?qū)嶋H應(yīng)用也面臨著以上難題。
　　本文結(jié)合海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),在國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究成果的基磁上對(duì)CMCM方法在實(shí)際應(yīng)用中所面臨的難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究,具體包括以下內(nèi)容:
　　1.從靈敏度分析的角度,研究了修正參數(shù)的優(yōu)化選擇問(wèn)題,提出了一個(gè)基于靈敏度分級(jí)

4、的多階段模塑修正方法。通過(guò)對(duì)初選修正參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析,并排序分級(jí),可以?xún)?yōu)選修正參數(shù),一定程度上改善了修正方程的病態(tài)性:通過(guò)對(duì)排列分級(jí)的修正參數(shù)逐級(jí)求解,可以提高低靈敏度參數(shù)修正求解的精度。通過(guò)一導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)數(shù)值算例驗(yàn)證了該方法的可行性。2.大型結(jié)構(gòu)的模型修正求解問(wèn)題多呈現(xiàn)不同程度的病態(tài),實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的微小誤差都會(huì)造成解的振蕩。本文研究了測(cè)量噪聲影響下模型修正病態(tài)系統(tǒng)的求解問(wèn)題。將數(shù)學(xué)上常用的正則化方法引入到了CMCM方法的求解中,并通過(guò)

5、數(shù)值算例探討了正則化求解的適用性;通過(guò)得出的適用性條件研究了CMCM方法的噪聲魯棒性。結(jié)果顯示,適當(dāng)?shù)恼齽t化方法可以有效的解決模型修正病態(tài)系統(tǒng)的求解問(wèn)題,但需要判斷其可解條件－離散Picard條件;另外,在滿(mǎn)足修正目的條件下,較少的CMCM方程將呈現(xiàn)更好的噪聲魯棒性。
　　3.將CMCM方法發(fā)展到了約束邊界和樁基邊界這兩種典型邊界條件的模型修正中。對(duì)于通常沒(méi)有任何振型信息的邊界單元,提出僅用頻率信息對(duì)其進(jìn)行修正,避免了上部結(jié)構(gòu)的振

6、型誤差對(duì)邊界處修正結(jié)果的影響;并采用本文提如的多階段模型修正方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)上部結(jié)構(gòu)和邊界條件的整體修正,從而避免了同時(shí)修正中的病態(tài)問(wèn)題。數(shù)值算例和試驗(yàn)算例驗(yàn)證了該方法的可行性。
　　4.通過(guò)一導(dǎo)管架平臺(tái)縮尺模型試驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的基于靈敏度分級(jí)的多階段模型修正方法和基予正則化求解的CMCM方法具有一定的工程實(shí)用性。本文的研究成果在一定程度上解決了模型修正技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中的難點(diǎn)問(wèn)題,將CMCM方法從理論層面向工程應(yīng)用層面推進(jìn)了一步