導管架平臺損傷檢測及疲勞壽命研究.pdf

1、由于海洋平臺具有結構龐大、載荷復雜多變以及所處環(huán)境惡劣等特點，早期的研究項目大多是對某些重要部位上節(jié)點的應力和加速度進行監(jiān)測，來分析平臺的疲勞壽命及整體強度安全性評估。隨著結構參數(shù)識別、損傷分析和安全度評估理論及技術研究的不斷深入，以及各種傳感器元件、測試設備和計算機硬件、軟件系統(tǒng)的發(fā)展，海洋結構物的損傷檢測以及實時監(jiān)測與安全評估等方面的研究取得了很大的進展。對于海洋平臺，損傷的出現(xiàn)會不同程度地引起結構參數(shù)的改變，結構動力特性能敏感地從

2、整體上反映結構參數(shù)的變異，因此結構的動力檢測是一種有效的檢測手段。 (1) 首先對某現(xiàn)役平臺進行了模型試驗，通過模擬不同損傷狀態(tài)，采用動力學的方法，試圖通過頻率、動力響應時間歷程來說明損傷前后這些特性的變化。特別指出了，當損傷很小時(這些是工程中極為關心的內(nèi)容)，直接通過這些動力學參數(shù)，很難發(fā)現(xiàn)損傷。 (2) 小波變換具有在時域和頻域內(nèi)表征信號局部特性的能力，能夠在不同尺度下對結構響應中的突變信號進行放大和識別。本文在位

3、移模態(tài)振型的基礎上，提出了一種基于小波變換的結構損傷檢測方法。將損傷前后結構的位移模態(tài)振型差作為原始信號進行小尺度小波變換，選擇性能優(yōu)越的bior6.8小波，對損傷前后結構的位移模態(tài)振型差進行一維小尺度連續(xù)小波變換，以損傷前后小波變換系數(shù)作為損傷指標，通過損傷指標的分布情況進行損傷檢測和定位通過損傷前后位移模態(tài)振型差小波變換系數(shù)的變化，可判定損傷存在，確定損傷位置。并通過懸臂梁和海洋平臺的數(shù)值模擬對該方法進行了驗證。 (3) 針

4、對結構動力特性參數(shù)的變化可能很小從而不足以反映結構的這種早期微小損傷。我們提出采用小波變換的方法來進行小損傷的檢測，文中將結構的頻響函數(shù)(FRF)通過連續(xù)小波變換，加速度響應通過Daubechies-6小波進行小波變換，從很好地預報了損傷的存在。這一結果還和所進行的模型試驗進行了對比，從而驗證了本文方法的可行性。 (4) 小波包分析(Wavelet Packet Analysis)能夠為信號提供一更加精細的分析方法，它將頻帶進行

5、多層次劃分，對多分辨分析沒有細分的高頻部分進一步分解，并能夠根據(jù)被分析信號的特征，自適應地選擇相應頻帶，使之與信號頻譜匹配，從而提高了時頻分辨率，因此小波包具有更廣泛的應用價值。借助小波包分析，進行多層次的高頻和低頻分解，更有效地發(fā)現(xiàn)信號奇異性，找到與損傷對應的信號特征。針對本文的模型實驗結果，本文采用小波包方法，分別選用Haar小波、Daubechies N(N=2，3，4)、Symlets N(N=2，3，4)、Bior1.1，2.

6、2，3.1，1.3和Rbio2.2,3.1，4.4等各種不同的小波作為小波基，對上述加速度信號進行小波包變換，用各種小波進行小波包變換得到低頻部分(A1)和高頻部分(D1)。從而給出了損傷預測。 (5) 為了能夠?qū)κ軗p平臺的安全性作出合理的評價，本文針對某平臺，首先針對服役環(huán)境，詳細地計算了環(huán)境載荷，并通過有限元模型計算了各個相關工況下受損平臺的名義應力分布。假定平臺結構存在初始裂紋，本文采用MC方法和裂紋擴展的PAR工S公式，