海洋平台结构环境激励的实验模态分析

介绍了对位于渤海湾的“埕岛二号”中心生活平台所进行的现场测试实验,该平台为直立式导管架钢结构平台。此次现场实验是在波浪力、风等环境载荷激励下测试结构动力响应的。利用频域的模态识别法峰值法(PP)和时域中的自然激励法(NExT)结合特征系统实现算法(ERA)分别对海洋平台结构现场测试的动力响应数据进行模态参数识别;利用ANSYS建立了该平台结构的三维有限元模型,并进行结构的模态分析。海洋平台结构的理论和实验模态分析结果吻合较好,分析结果表明该类模态参数识别方法能够为结构损伤诊断提供基准模型,可以运用于实际结构的健康监测以及维护维修。     

基于轴向模态应变能比法的三维桁架结构损伤定位方法

本文提出了可用于诊断三维桁架结构的损伤指标——轴向模态应变能比法。该指标仅利用结构的前两阶模态参数,无需转动自由度信息。通过四腿导管架海洋平台结构有限元模型,数值模拟不同构件的多种损伤工况对该指标进行验证,最后通过海洋平台物理模型实验对该方法进行了实验验证。验证结果表明本文提出的轴向模态应变能比法可有效地诊断三维桁架结构的损伤。     

基于振动测试的海洋平台结构无损检测

针对海洋平台等复杂大型土木工程结构物，研究基于振动测试的无损检测方法，提出了一套利用结构单元模态应变能特性的新损伤诊断方法。该方法是将结构单元的模态应变能分解为拉压模态应变能和弯曲模态应变能，并定义了两个损伤诊断指标，即拉压模态应变能变化率(CMSECR)和弯曲模态应变能变化率(FMSECR)。模态应变能是通过结构不完备模态振型和结构刚度矩阵计算出的，因此，可以通过振动测试得到结构单元的两个损伤指标诊断结构的损伤。为了验证本文所提出损伤诊断方法的正确性，利用海洋平台有限元模型数值模拟了三个典型的损伤工况。根据损伤诊断结果，本文所提方法能够得到较满意的诊断精度，具有一定的实际应用价值。     

利用模态试验参数识别结构损伤的神经网络法

利用结构位移模态试验和应变模态试验参数和神经网络方法对结构损伤定位和定量辨识问题进行了研究。为获得对结构损伤更加敏感的结构损伤识别指标,在分析现有识别指标的基础上,提出了用于神经网络方法的六种基于结构模态试验参数的损伤识别指标,并对它们进行了实例识别和比较研究。它们均能对结构的损伤进行预报,其中应变类型的损伤识别指标对结构损伤的敏感度比位移类型的损伤识别指标高。     

火箭蒙皮上梁结构的损伤识别方法研究

针对火箭蒙皮上梁结构损伤识别问题,首先利用基于模态应变能的损伤识别指标,对火箭蒙皮上梁结构进行损伤位置识别,再利用基于广义柔度矩阵的损伤敏感函数并结合遗传算法,对火箭蒙皮上梁结构进行损伤程度大小的计算。该损伤识别方法以结构损伤导致模态参数变化为依据,通过对比损伤前后模态应变能变化构建损伤识别指标。在数值仿真中,对T型梁进行了方法验证,发现该方法能够准确识别损伤位置和大小。最后根据火箭蒙皮上T型梁结构特点,设计试验并研究了方法的可行性,发现在T型梁结构上,该方法能够有效地识别损伤位置和大小,误差均在5%以下。     

基于推广卡尔曼滤波算法的结构模型的参数识别

近年来,在结构工程领域中出现了许多参数识别技术,并将这些技术用于结构损伤程度的评价。但是目前多数结构识别方法都是模态参数识别。本文是基于推广卡尔曼滤波的算法,从结构模型的输入激励信号和输出的响应信号中,直接识别结构模型的物理参数。同时针对结构系统的特点,提出解耦的结构参数识别算法,大大降低了参数估计的计算量。在文中给出两个结构模型的几次振动台在地震波输入下识别的结果,并根据所识别的参数对结构模型破坏程度进行评阶,结果表明该方法对结构参数估计是一种有效的方法。     

整合统计的结构损伤动力诊断三步法

结构损伤诊断是结构健康监测的核心内容之一。在部分前人工作的基础上，针对土木工程结构损伤识别的妻求(单元级诊断)及实际工程中存在的测试噪声干扰问题，结合统计方法发展了一套由损伤识别、损伤定位的单元筛选和搜索、单元损伤反演组成的三阶段结构损伤诊断流程。利用钢筋混凝土三跨连续梁的有限元模型，在存在较大测试误差(模态随机噪声)的条件下，对单／多损伤工况进行了险证诊断，结果表明该流程强健有效，具有良好工程应用前景。     

柱壳结构损伤识别方法

摘 要:对柱壳结构的损伤部位和程度进行识别是柱壳结构进行安全性评定的一个重要环节。本文对柱壳结构损伤前后动力特性进行了分析,采用摄动法推导了由于单元损伤引起的各阶模态振型改变系数;推导了模态应变能变化与单元损伤之间的关系;采用单元模态应变能的变化率作为柱壳结构损伤诊断的标识量,证明了单元模态应变化率对损伤的敏感性。对柱壳结构损伤识别方法进行了研究,所提出的方法仅需要量测的低阶模态信息和刚度矩阵就能完成结构的损伤识别。最后,以一混凝土柱壳结构为工程实例,对其在不同损伤情况下的损伤进行了分析,结果表明,所提出的损伤识别方法能够很好地识别不同损伤组合下的损伤部位和程度,同时能较好地识别结构小损伤,因而证明了本文所提出的方法的正确性和有效性。 关键词:柱壳结构;损伤识别;动力特性;损伤标识量;模态应变能     

考虑温度梯度的模态应变能法海洋平台损伤检测研究

针对导管架式海洋平台,研究了海水温度梯度对结构整体损伤检测方法之一的模态应变能法的影响。以一个导管架平台为模型,考虑温度对钢材弹性模量的影响,建立了该平台在模拟的海水温度梯度下的有限元模型。通过使用模态应变能法对该模型进行损伤检测,总结了温度梯度对基于模态应变能法的海洋平台损伤检测的影响规律。结果表明温度梯度会使该方法损伤定位能力变弱,对结构冗余度越大的构件影响越大;同时会使损伤程度识别精度降低,构件结构冗余度越大、损伤程度越小,影响越大。     

网壳结构损伤识别的数值模拟及试验研究

网壳结构工程事故频繁发生,对其进行损伤识别及健康监测已迫在眉睫。针对网壳结构特点,推导了剩余模态力理论和最小秩摄动理论的基本公式,研究二者在大型网壳结构损伤识别应用中的有效性。依据相似理论,设计制作单层短程线网壳结构模型,对其进行模态试验研究,获取了损伤识别所必需的实测结构模态参数。利用Guyan静态缩聚技术进行有限元模型缩聚,采用最小秩摄动理论进行有限元模型修正,对比研究了基于数值模拟数据和试验实测数据的损伤位置判定及程度评估的整个过程。结果表明,基于剩余模态力和最小秩摄动理论的两阶段损伤识别算法不仅可以识别结构单损伤位置和多损伤位置,还可以定量评估损伤程度,对网壳结构的健康诊断是可行的。     

船舶-自升式海洋平台碰撞相似率研究

海洋平台作为海洋能源勘探开发的主要组成部分,是海洋油气探井、钻井、开采的主要作业基地。船舶碰撞致使平台结构损伤破坏一直是威胁海洋平台安全的主要因素之一,开展海洋平台碰撞性能研究,揭示平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理,对提升平台安全性具有重要意义。评估平台结构耐撞性能最可靠的方法是实船碰撞试验,然而因其耗资巨大而不易开展。按一定相似关系进行比例模型试验成为现实条件下的首选。本文基于相似第二定理,运用量纲分析法推导船舶-自升式海洋平台碰撞过程中各物理量的相似关系,为平台碰撞模型试验的开展及试验参数的确定提供重要依据。结合有限元仿真技术,以平台典型的T型和K型管节点为研究对象,建立不同缩尺比下的简化碰撞模型,比较验证相似理论的可靠性。研究结果表明,缩尺模型在碰撞冲击载荷下的结构损伤变形、碰撞力和能量吸收等动态响应与实尺度模型结果一致性较好。本文研究成果可以为大型平台结构碰撞模型试验设计提供技术支撑。     

海洋工程结构故障的模式识别诊断

本文提出固定式导管架平台结构故障的模式识别诊断.首先介绍模式识别的基本思想,然后讨论统计判别函数方法.对一个二维导管架平台模型,用随机激励进行了正常平台、台面质量增加、横撑斜撑切断以及根部开裂等多种结构状态的振动试验.取频响函数幅值和随机减量函数作为被识别的模式,得到了很好的结果,从而说明这是一种很有希望的导管架平台结构故障的诊断方法.     

基于神经网络的海洋平台损伤诊断研究

提出了基于神经网络技术的海洋平台分类多重损伤诊断方法，此方法先将海洋平台结构的构件进行分类和分层，将各类构件损伤引起的标准化的频率变化率输入BP网络，建立系统，进行损伤构件所属的类和所在的层的判定；然后将损伤层内某类构件损伤引起的标准化的损伤信号指标输入概率神经网络，建立系统，进行损伤构件具体位置的判定；最后将损伤构件损伤引起的频率平方的变化比输入BP网络，建立系统，进行损伤程度诊断。数值仿真结果表明。此方法可完成对海洋平台结构的损伤诊断，且具有一定的抗干扰能力。     

浮式液化天然气用印刷板路换热器研究和应用进展

印刷板路式换热器凭借其紧凑、高效、可靠的特点能够满足海上浮式天然气液化的主低温换热器的需求,近几年逐渐成为海上浮式天然气液化的主低温换热器的首选。本文对近几年印刷板路式换热器的研究进展进行了综述,包括印刷板路式换热器的基本原理、基于扩散焊接的制造工艺、传热和流动特性、换热器机械特性等;总结了印刷板路式换热器在海上浮式液化天然气中的应用现状以及亟需攻克的关键技术,包括热力设计、制造工艺、检测技术。     

海上稠油聚合物驱关键技术研究与矿场试验

在深入分析海上稠油聚合物驱提高采收率的难点与挑战的基础上,通过近10年的攻关和矿场试验,研制出适合海上稠油油藏条件的驱替液技术、平台聚合物配注技术、海上稠油含聚采出液处理技术及早期注聚效果评价等一系列技术,初步形成了海上油田聚合物驱油技术体系,并在渤海绥中36-1、旅大10-1及锦州9-3等3个油田进行了不同规模的现场试验,取得了明显的增油降水效果。证明了聚合物驱提高采收率技术在海上稠油油田应用的技术可行性和经济有效性,为海上油田高效开发探索出了一条崭新的道路,具有广阔的应用前景。     

随机海洋环境下基于互相关函数和主成分分析的平台结构损伤辨识

为了确保海洋平台安全作业,及时辨识损伤以及进行损伤定位,海洋平台结构健康监测技术已成为学者研究关注的重要问题。针对某在役导管架平台,对平台在不同随机波浪激励下的动力响应分别进行了健康状态和损伤状态的数值模拟。在损伤辨识过程中,对结构不同位置的动力响应进行互相关分析,提取损伤敏感特征;利用主成分分析(principal component analysis,PCA)方法从复杂的数据中提取主成分;定义损伤指标并进行损伤辨识。针对传统PCA方法对某些杆件的损伤辨识精度不高等问题,提出了一种新的主成分选取方式,并在此基础上对传统PCA方法进行了改进。结果表明,改进后的PCA方法有效提高了损伤辨识的精度,可以对随机波浪条件下的结构损伤进行准确辨识。     

基于刚度退化的复合材料结构损伤研究进展

针对复合材料结构的渐进损伤问题,较为详细地评述了近年来的研究进展。首先对强度失效准则的研究进行了分析说明;然后针对结构损伤模型所包含的损伤本构关系、损伤演变方程等方面的研究进展作了详细的论述,此后分别讨论了不同类型载荷作用下的结构损伤研究进展;最后,提出了今后应深入研究的问题。     

基于结构部分结点振动响应信息的海洋平台损伤诊断研究

利用结构的前三阶频率和部分结点的响应信息构建适应度函数和目标函数,采用改进的CHC遗传算法对结构进行损伤诊断,在相同的收敛精度条件下,大大减少了遗传代数和结构分析时间,因而提高了计算速度。数值算例表明:在不同的传感器配置条件下,对固定式导管架平台的损伤诊断均具有较高的损伤定位和损伤程度估计精度。     

环境变化下基于AR模型系数和协整的海洋平台结构损伤识别

结构损伤引起的损伤特征参数的变化往往被环境因素（温度、质量）变化引起的损伤特征参数的变化所掩盖,从而导致基于振动的损伤识别方法失效。该文利用时间序列中的AR模型系数和计量经济学中的协整进行环境因素（温度、质量）影响下的海洋平台结构损伤识别研究。首先利用AR模型对实测的加速度响应信号进行拟合,选择第一阶AR系数为协整变量,然后对不同节点的协整变量进行协整,将协整残差作为损伤指标,最后通过X-bar控制图进行结构的损伤识别。海洋平台结构的数值模拟和振动台模型试验结果验证了该方法的有效性。