信噪比对海洋平台整体损伤检测影响

发布时间：2020-08-22 13:16

【摘要】：在海洋平台损伤检测中，基于振动测试的大型结构整体无损检测技术是国内外普遍认为较有发展前景的健康监测技术。对于海洋平台这种大型结构物，需要使用环境载荷下的振动响应信号进行模态识别和损伤检测。但在实际海洋环境测试中有许多因素对模态识别和损伤检测造成干扰，其中测量噪声就是非常显著的干扰因素之一。本文以一个导管架物理模型为研究对象，用信噪比表示试验信号中噪声的大小，并提出了损伤单元模态影响系数的概念。研究了信噪比和损伤单元模态影响系数对海洋平台损伤检测的影响规律，主要的研究工作如下： 本文用信噪比作为描述测量信号或者模拟信号中噪声的大小的指标。通过模型试验设计可以提取出不同信噪比的加速度信号。同时发现对于不同的损伤位置或者不同的损伤程度的的工况，信噪比对其的影响程度是不同的。为研究这种差别，提出了损伤单元模态影响系数的概念。该系数可以用来描述不同构件对海洋平台整体动力特性的影响程度。并设计了一系列损伤工况进行了多种损伤单元模态影响系数的模拟。然后对每种损伤工况进行损伤识别，研究不同的损伤单元模态影响系数下信噪比对损伤识别的影响。 模型试验分析得到的结果表明信噪比和损伤单元模态影响系数都对损伤检测有一定的影响。当模态影响系数较大(大于5)时，用很小的信噪比数据就可以准确识别出损伤单元位置和损伤程度；当系数较小(小于0.5)时，用最大的信噪比数据也无法准确识别；当系数为临界值(0.9-1.5)时，信噪比对结果影响较大，只有信噪比较大(大于20)时，才能准确识别损伤位置，当信噪比小到一定值(小于10)时，损伤定位和损伤程度评估均无法实现。 数值仿真模拟结果表明，随着不同工况中损伤单元模态影响系数的减小，准确的损伤识别所需要的信噪比的值响应增大。显示的规律和物理模型试验的结果相同。但数值仿真中损伤单元模态影响系数与临界信噪比的关系与试验结果差距较大，无法提供定量的参考。 基于本文提出的概念和分析方法，在实际海洋平台损伤检测中，可以通过采集的结构的关键节点处的加速度信号估算信噪比值，并根据模态识别得到的频率计算出损伤单元模态影响系数，则可以通过这两个指标对实际平台损伤可以被检测出来的难易程度提供一定的参考。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P742;TU317
【图文】：

损伤单元模态影响系数可以看做是构件的“动力敏感性指标”，即对结构整动力特性影响程度的指标。公式中只用到了平台的前两阶模态，因为导管架海平台第三阶模态通常为 Z 向扭转，在实测中不易精确识别出其振型，且模型正也较困难[42]，因此利用模态应变能法进行损伤检测时，一般使用前两阶弯模态（X、Y 向），就可以体现所有结构单元损伤带来的影响。以海洋平台有限元模型分析来说明此系数的应用。如图 2-1 所示为一个导管平台的有限元模型，图 2-2 是其导管部分的放大图，红圈的位置即为模拟的损位置。从图中可以看出，三个损伤位置代表了导管架海洋平台构件的三种类型： 号单元为横撑，70 号单元为斜撑，37 号单元为桩腿。现假设三种损伤工况，种损伤工况中假设只有一处断裂且完全断裂。对损伤后的海洋平台有限元模型行模态分析，计算其前两阶模态频率，并和未损的有限元模型进行比较，按照式（2-7）计算出每种工况下的损伤单元模态影响系数 DEMI，结果列于表 2-1。

信噪比对海洋平台整体损伤检测影响3 基于振动测试的海洋平台整体损伤检测的基本理论基于振动测试的损伤诊断方法假设结构损伤会导致结构的动力特性参数的变化，事实上动力特性是结构的固有特征，只有结构的某些方面发生变化（如构件损伤）的条件下，动力特性才会产生变化。动力特性参数变化条件下损伤检测的原理如图 3-1 所示。首先在结构的合适位置上安装传感器，并将激励力（人工激励，环境激励等）作用在结构上，结构会产生自身的振动，而安装在结构物上的传感器就可以将结构的动力响应（如位移，速度，加速度）信号记录下来，并将信号进行处理，通过模态参数识别提取出结构的模态参数，然后利用损伤检测算法对结构进行损伤诊断。

尺物4.2所于处为 以以目标检测物理模型并.1 NP1-29NP1-29所在水深为6-6.4m、-2.5处无斜撑。导17.48m×1219mm×610mm×2以及斜撑的尺测平台为对并设置了模拟9 导管架目标导管架采油6.4米，上部5m和+3.5m导管架的顶12.48m，导30mm。水20mm（EL尺寸均为 对象，按照动拟损伤构件标平台及动油平台位于部模块设备m处，在-6.4顶高程（EL+导管的直径水平外围横撑-2.5m）、 508mm×1动力相似原件，然后建立动力特性参数于渤海，是一备重量约6004m至-3.5m处+4.4m）为15为 1355m撑的尺寸为508mm×16mm。NP原则制造了立了该物理数一座四腿桩基0t。导管架处为竖向斜5.12m×10.mm×30mm为 711mm×16mm（ELP1-29导管架NP1-29 导理模型的有限基钢制导管设3层水平斜撑，潮差带12m，底高，斜度为1/20mm（EL-6.4m），架结构如图导管架平台的限元模型。管架结构，平横撑，分别带-2.5m至+3程（EL-7.4/10，桩直径EL+3.5m）水平内围横4-1所示。的缩平台别位3.5mm）径为、横撑

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本文编号：2800730