基于柔性计算的海洋平台故障诊断研究

发布时间：2020-05-23 01:11

【摘要】：海洋平台结构的健康检测和故障诊断关系着国民经济的发展和社会的进步，结构发生损伤后若不能及时发现并采取补救措施，会产生意想不到的后果。轻者使结构承载能力下降，重者影响工作生产甚至发生坍塌。不仅造成巨大的经济损伤，也会给环境和社会造成不良的影响，甚至残害人民的生命。因此对于海洋平台的故障诊断成为了国内外该领域一个热门的研究课题。同时，海洋平台复杂的结构特点、恶劣的工作环境，加上主要受力部分位于水下，发生损伤后，不易被发觉，使传统的结构损伤诊断方法会显得力不从心，这也使得海洋平台结构故障诊断研究成为了一个难题。随着计算机技术的发展，柔性计算理论以传统计算方法无法比拟的优势，在结构损伤诊断技术中被广泛的研究和运用，因此，本文采用柔性计算方法进行了海洋平台结构故障诊断研究。将振动模态分析理论与神经网络、遗传算法相结合研究海洋平台的结构故障诊断。对于海洋平台结构，想要一步进行损伤定位和损伤程度的判定，势必要花费很长的诊断时间，而且诊断网络系统的规模较大，严重影响诊断效果。因此，本文根据海洋平台结构的特点，采用分步诊断的手段，来实现快速损伤定位，这也是本文的一个很重要的创新点。首先，把海洋平台水下结构部分，，分成六个相似的子结构，使用概率神经网络进行损伤子结构的判定，输入参数选用模态曲率变化率。确定了损伤所在子结构后，要进行损伤具体杆件的判定。单单使用BP神经网络进行诊断，因输入样本规模较大，且BP神经网络本身具有收敛速度慢、易陷入局部极小值的缺陷，本文采用遗传算法对BP神经网络权值进行优化的方法，来弥补不足。GA-BP神经网络进行损伤具体杆件的判定，输入参数选用结构振型综合变化率，即前三阶振型变化率之和。最后进行损伤程度的判定，同样采用GA-BP神经网络诊断系统，输入参数选用固有频率平方变化率。采用有限元建立海洋平台仿真模型，通过减小结构内杆件的弹性模量的方法模拟结构损伤，弹性模量减小的越多，表示损伤程度越大。各模态参数的获取，通过ANSYS10.0有限元分析软件对结构损伤前后进行模态分析得到，并代入相应的公式，计算出我们所需要的网络输入参数。以某海洋平台为数值算例，对上述新型诊断方法进行仿真验证。各诊断网络系统分别制作了充分的训练样本和测试样本，对不同的损伤工况，进行了仿真分析。数值算例结果表明：基于柔性计算理论分步进行海洋平台结构损伤诊断的方法是有效可行的，采用不同的网络系统，不同的输入参数，实现海洋平台结构损伤定位和损伤程度判定。通过对单个构件损伤情况诊断表明，该方法能够快速进行损伤定位，避免了测量大量模态数据，节省了诊断时间，诊断效果良好，误诊率低，且具有较强的容错性和抗干扰性。
【图文】：

过程图,结构损伤诊断,遗传神经网络,过程

对以上步骤进行循环优化，直至出现最佳的神经网络神经网络在结构损伤诊断中的应用传神经网络进行结构损伤诊断相比传统的基于神经网络结构损伤都是根据结构损伤前后的状态，得出适合于表征故障的结构参数入，输出采用表征损伤位置或损伤程度的量。诊断网络经过不断构损伤知识库，然后利用诊断系统强大的模式匹配功能，进行结构经网络的结构损伤诊断，就是利用遗传算法对神经网络进行优化络系统，然后采用遗传神经网络对所研究结构进行损伤诊断，其示：

海洋采油平台

图 5.1 W12-1 海洋采油平台平台有限元模型技术发展于 20 世纪 60 年代后期，至今已发展成与振动理、概率论与数理统计及自动控制理论相结合的一门独特动态特性，类似于采用系统辨识方法来解决工程振动方够清楚地了解结构各阶模态特性，它在求解过程中是把程组解耦，成为描述模态坐标与模态参数关系的一组方参数[62]。这一特点使得模态分析在设备故障诊断、结构，成为了一种比较重要的方法。和结构振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数，使用的二者参数。使用模态分析技术获取固有频率和振型等是通过实际结构模型的实验获取，采用振动测试的手段
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P75

【参考文献】