基于振動檢測的海洋平臺模型修正方法研究.pdf

1、大型土木工程結(jié)構(gòu)(如海洋平臺)在其服役期間,長期受到各種環(huán)境載荷作用,損傷不可避免?；谡駝禹憫拇笮徒Y(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)對于確保海洋平臺結(jié)構(gòu)安全具有重大工程意義。海洋平臺長期服役在惡劣的海洋環(huán)境中,并受到各種載荷的交互作用,結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生各種形式的損傷,使結(jié)構(gòu)的承載能力下降,嚴重的還會導致平臺失效。發(fā)展有效的損傷檢測技術(shù)對避免海洋平臺災難性事故的發(fā)生十分關(guān)鍵。海洋平臺模型修正技術(shù)為動力分析、模態(tài)測試及損傷檢測提供準確的有限元模型,也是一項非

2、常關(guān)鍵的技術(shù)。結(jié)構(gòu)損傷識別是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的核心內(nèi)容,大多數(shù)損傷識別技術(shù)需要在精確的有限元模型基礎上進行。然而,現(xiàn)役海洋平臺所處的環(huán)境復雜,傳感器布置困難；以及各種理論的人為假設、邊界條件的近似性、節(jié)點連接剛度的理想化等因素的影響,使得理論的有限元模型與真實結(jié)構(gòu)之間存在著較大的差異。模型修正技術(shù)就是在這個問題的基礎上提出來的,模型修正技術(shù)依靠結(jié)構(gòu)實測數(shù)據(jù)來修正理論的有限元模型,使之與實際結(jié)構(gòu)相吻合；此外,模型修正技術(shù)能優(yōu)化結(jié)構(gòu)建模過程,減

3、少人力、物力,提高經(jīng)濟效益。因此,如何有效地修正結(jié)構(gòu)的有限元模型具有重要的意義。
　　 本文主要進行了以下兩方面的工作:
　　 (1)雖然在傳統(tǒng)的有限元建模方法中,常常是假設鋼架結(jié)構(gòu)的連接是剛性的,但這是不符合實際的。本文用半剛性連接來模擬節(jié)點不完全約束的情況,提高了有限元模型修正的準確度。為了識別連接剛度和修正有限元模型,首先應用擴展后的交叉模態(tài)應變能法(CMSE)估計連接剛度。以一個四層框架結(jié)構(gòu)為例,進行參數(shù)估計和模

4、型修正,證明CMSE方法的有效性。最后數(shù)值算例的結(jié)果表明:擴展后的CMSE方法可以較好的進行半剛性連接節(jié)點的模型修正和連接剛度估計。
　　 (2)針對模態(tài)信息空間不完備問題,比較基于不同縮階方法的交叉模型交叉模態(tài)(CMCM)迭代修正方法的優(yōu)劣。通過一個海洋平臺結(jié)構(gòu)的數(shù)值算例,分別假設了7種損傷工況,為了體現(xiàn)損傷的隨機性,這7種損傷工況包括單損傷工況和多損傷工況,且各單元的損傷程度也各不相同。然后基于縮階方法的CMCM迭代修正方法