基于應(yīng)變模態(tài)法智能識(shí)別海洋導(dǎo)管架平臺(tái)的構(gòu)件裂紋.pdf

1、海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)龐大，受風(fēng)、浪、流和冰等環(huán)境因素長(zhǎng)期作用，同時(shí)還受到地震、臺(tái)風(fēng)、海嘯和船舶碰撞等意外作用的威脅。在載荷作用下，導(dǎo)管架海洋平臺(tái)會(huì)出現(xiàn)裂紋。由于平臺(tái)部分結(jié)構(gòu)位于海面以下，裂紋不易被發(fā)現(xiàn)，難以直接進(jìn)行人工檢測(cè)。當(dāng)重要部件發(fā)生裂紋并在極端海況下產(chǎn)生擴(kuò)展時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)失效，危及工作人員的生命安全，產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)損失和海洋環(huán)境污染。所以，及時(shí)并盡早地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的裂紋具有重要意義。
　　本文以某一含四分之一跨處單裂紋的簡(jiǎn)支梁為例，

2、計(jì)算了該梁的非貫穿單邊裂紋損傷側(cè)上、下表面、貫穿裂紋的上表面和內(nèi)部非貫穿裂紋表面裂紋和內(nèi)部裂紋等情況的不同損傷程度的位移模態(tài)和應(yīng)變模態(tài)。根據(jù)已有的基于應(yīng)變模態(tài)差分原理的損傷位置直接指標(biāo)法ISMSD，利用等間距差分格式計(jì)算該簡(jiǎn)支梁非貫穿單邊裂紋應(yīng)變模態(tài)差分曲線，經(jīng)Matlab編程計(jì)算將曲線進(jìn)行光滑，計(jì)算得到直接指標(biāo)值。由直接指標(biāo)值的最大值找到對(duì)應(yīng)的兩有效極值點(diǎn)，這兩個(gè)有效極值點(diǎn)間即是損傷位置。實(shí)例計(jì)算簡(jiǎn)支梁非貫穿單邊裂紋損傷應(yīng)變模態(tài)差分曲

3、線，這些應(yīng)變模態(tài)差分曲線在損傷處發(fā)生劇烈變化。差分曲線非峰值點(diǎn)損傷在損傷處不出現(xiàn)極值，因而損傷處的差分值不為零。損傷量不同，差分曲線損傷處突變程度略有不同，其規(guī)律相似。
　　運(yùn)用帶有Grubbs的支持向量機(jī)法和帶有Grubbs的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)該非貫穿裂紋簡(jiǎn)支梁進(jìn)行損傷程度智能識(shí)別，識(shí)別并評(píng)估了四分之一跨處單裂紋的損傷程度，并從性能及準(zhǔn)確度方面對(duì)兩種方法進(jìn)行了比較。若選取應(yīng)變模態(tài)差作為網(wǎng)絡(luò)輸入指標(biāo)，本文采用的兩種方法都可以得到比較

4、高的識(shí)別精度，而且有良好適應(yīng)性。支持向量機(jī)方法相對(duì)誤差更小。
　　采用有限元軟件ANSYS計(jì)算了某導(dǎo)管架海洋平臺(tái)模型的一水平管件在完整狀態(tài)、含單裂紋、含雙裂紋三種情形時(shí)不同位置和不同損傷程度的頻率和應(yīng)變模態(tài)。驗(yàn)證了損傷會(huì)引起結(jié)構(gòu)的頻率降低和應(yīng)變模態(tài)突變，頻率降低的幅度隨損傷程度的增加而增大。此外還發(fā)現(xiàn)，微小裂紋損傷時(shí)引起的頻率變化很小;水平管端點(diǎn)損傷和中點(diǎn)損傷的頻率下降幅度基本一致;雙裂紋情形時(shí)的頻率下降幅度均高于單裂紋情形時(shí);損

5、傷處應(yīng)變模態(tài)曲線發(fā)生了顯著改變，隨損傷量的增加，應(yīng)變模態(tài)曲線突變?cè)龃蟆?br>　　采用SCE-UA算法和粗粒度并行遺傳算法對(duì)平臺(tái)模型的10處單裂紋進(jìn)行了損傷程度的逐一智能識(shí)別。將應(yīng)變模態(tài)差作為SCE-UA算法和遺傳算法的輸入數(shù)據(jù)，這兩種方法均能取得較高的識(shí)別精度，具有良好的適應(yīng)性。其中SCE-UA算法損傷識(shí)別結(jié)果誤差更小，更精確。
　　振動(dòng)診斷中的應(yīng)變模態(tài)法具有相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，具有實(shí)時(shí)性、在線性、提取信號(hào)方便性和遙測(cè)性、可控性