基于振动检测的海洋平台模型修正方法研究

发布时间：2020-11-08 17:46

　　 大型土木工程结构(如海洋平台)在其服役期间,长期受到各种环境载荷作用,损伤不可避免。基于振动响应的大型结构无损检测技术对于确保海洋平台结构安全具有重大工程意义。海洋平台长期服役在恶劣的海洋环境中,并受到各种载荷的交互作用,结构容易产生各种形式的损伤,使结构的承载能力下降,严重的还会导致平台失效。发展有效的损伤检测技术对避免海洋平台灾难性事故的发生十分关键。海洋平台模型修正技术为动力分析。模态测试及损伤检测提供准确的有限元模型,也是一项非常关键的技术。结构损伤识别是结构健康监测的核心内容,大多数损伤识别技术需要在精确的有限元模型基础上进行。然而,现役海洋平台所处的环境复杂,传感器布置困难;以及各种理论的人为假设。边界条件的近似性。节点连接刚度的理想化等因素的影响,使得理论的有限元模型与真实结构之间存在着较大的差异。模型修正技术就是在这个问题的基础上提出来的,模型修正技术依靠结构实测数据来修正理论的有限元模型,使之与实际结构相吻合;此外,模型修正技术能优化结构建模过程,减少人力。物力,提高经济效益。因此,如何有效地修正结构的有限元模型具有重要的意义。 本文主要进行了以下两方面的工作: (1)虽然在传统的有限元建模方法中,常常是假设钢架结构的连接是刚性的,但这是不符合实际的。本文用半刚性连接来模拟节点不完全约束的情况,提高了有限元模型修正的准确度。为了识别连接刚度和修正有限元模型,首先应用扩展后的交叉模态应变能法(CMSE)估计连接刚度。以一个四层框架结构为例,进行参数估计和模型修正,证明CMSE方法的有效性。最后数值算例的结果表明:扩展后的CMSE方法可以较好的进行半刚性连接节点的模型修正和连接刚度估计。 (2)针对模态信息空间不完备问题,比较基于不同缩阶方法的交叉模型交叉模态(CMCM)迭代修正方法的优劣。通过一个海洋平台结构的数值算例,分别假设了7种损伤工况,为了体现损伤的随机性,这7种损伤工况包括单损伤工况和多损伤工况,且各单元的损伤程度也各不相同。然后基于缩阶方法的CMCM迭代修正方法进行修正,比较修正前后的刚度系数差异和频率差异,最后总结出基于IOR缩阶方法的CMCM模型修正方法在本章的数值算例中模型修正效果一直是最好的,修正前后的频率能保持一致,修正前后的刚度系数也较好的吻合。可见该方法适宜实际工程结构中的各种损伤工况的有限元模型修正。为现役海洋平台的安全检测。健康评估及服役年限提供了有力的科学依据。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：P75
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 模型修正理论及分类
        1.2.2 矩阵型修正方法
        1.2.3 设计参数型修正方法
        1.2.4 基于频率响应函数的修正方法
        1.2.5 基于遗传算法的修正方法
    1.3 本文的主要研究内容
        1.3.1 课题来源
        1.3.2 研究内容
2 基于振动检测的模型修正理论与方法
    2.1 有限元模型修正方法
        2.1.1 矩阵型法
        2.1.2 元素型法
        2.1.3 子矩阵型法
        2.1.4 设计参数型法
    2.2 模型修正中存在的若干关键问题
        2.2.1 自由度匹配技术
        2.2.2 相关性分析
        2.2.3 模型误差定位技术
        2.2.4 修正参数选择
        2.2.5 节点及边界条件的确定
        2.2.6 模型修正技术的有效性检验
    2.3 本章小结
3 基于振动检测的模型修正方法
    3.1 交叉模态应变能法（CMSE）修正节点半刚性连接
        3.1.1 交叉模态应变能法理论
        3.1.2 节点是半刚性连接的梁单元
        3.1.3 估计节点半刚性连接刚度
    3.2 交叉模型交叉模态（CMCM）模型修正方法的理论研究
        3.2.1 交叉模型交叉模态（CMCM）方法理论
        3.2.2 模型缩阶技术
    3.3 基于模型缩阶的CMCM 方法
    3.4 本章小结
4 数值算例
    4.1 交叉模态应变能（CMSE）估算半刚性连接节点刚度
    4.2 交叉模型交叉模态修正海洋平台数值算例
    4.3 本章小结
5 全文总结与前景展望
    5.1 本文主要研究工作总结
    5.2 本文的创新点
    5.3 研究工作及展望
参考文献
致谢
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1 成万植 ,李书;有限元模型修正技术[J];飞机设计;1994年04期

2 张德文;改进Guyan～递推减缩技术[J];计算结构力学及其应用;1996年01期

3 朱安文,曲广吉,高耀南,魏震松;结构动力模型修正技术的发展[J];力学进展;2002年03期

4 张德文;李应明;;一种普遍性的元素型修正法——排列方程法[J];强度与环境;1989年06期

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6 魏来生;结构有限元动态模型修正方法综述[J];振动与冲击;1998年03期

本文编号：2875118