专利名称：基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法
技术领域：
本发明涉及海洋平台结构安全评定的方法，尤其涉及一种基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法。属于海洋石油工程领域。
背景技术：
海洋平台结构是海上石油资源开发的重大基础性设施，同时，也是海上生产作业和生活的基地。海洋平台结构长期服役在恶劣的海洋环境中，同时受风、浪和流等疲劳荷载长期作用，抗力衰减非常明显。一旦发生事故损坏不仅会造成重大的经济损失与人员伤亡，还将可能造成严重的环境污染和社会政治影响。因此，对海洋平台结构进行监测、检测并评定其安全性、保证其运营的安全性是十分必要的。为了掌握海洋平台结构的安全状况，首先必须对其进行无损检测。现有的无损检测的方法主要包括目测、超声检测、磁粉、声发射(FMD)等，这些检测均属于对结构局部损伤检测的方法；其特点是只能检测局部损伤、且还要求特殊的测试设备及专业技术人员。因此，这些方法对海洋平台的检测不太方便，并且检测费用昂贵。针对现有的结构无损检测方法存在的不足，最新发展了基于振动测试的便携式无损检测方法，这种方法简单、成本较低，同时根据振动测试的加速度信息可以计算结构整体模态参数，即频率和振型。但是，基于这种检测方法的安全评定还需通过参数识别技术，并结合结构损伤诊断方法识别结构损伤的位置和程度，进行有限元模型修正，且在此基础上，再进行结构安全评定。而基于有限元模型的结构损伤识别方法主要有基于残余力向量的结构损伤识别方法、特征对灵敏度法，应变能量法等，其中，基于残余力向量的结构损伤识别方法是从残余力方程出发来进行损伤识别，在获取残余力向量时需要完整的振型，对于测量不完整的情况则必须进行模型缩聚或振型扩展。特征对灵敏度法(频率或振型)本质上是对结构振动方程作了一阶近似的线性处理，由一阶灵敏度(特征对对结构单元参数的导数)方程求解损伤程度。应变能量法是把振型与结构单元刚度矩阵的二次型定义为单元应变能量，发生损伤的单元其应变能量的变化最大，据此，便可判定损伤位置，再通过分析应变能量的灵敏度即可求解损伤程度。上述这些方法的一个共同特点是需要用到完整的振型及完备测量，否则，需进行模型缩聚或振型扩展。由于模型缩聚或振型扩展带来的误差，所以，降低了结构损伤识别的精度。目前，由于受人工激励实施比较困难、环境噪声较大、且完备测量测点布置比较困难等因素影响的限制，基于振动检测数据进行结构损伤的诊断在实际工程中应用还十分困难。

发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术存在的上述缺点，而提供一种基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其可以直接基于诊断振动检测数据识别结构参数定义及安全评定参数进行平台结构的安全评定，解决了基于振动检测结合结构损伤诊断方法中难以进行的结构损伤诊断及实际工程结构安全评定困难的问题；克服了常规基于振动检测损伤诊断安全评定方法在实际工程应用中受环境激励、噪声影响、完备测量影响大的不足；同时，针对我国目前大量海洋平台需要检测维修的情况，具有广阔的应用前景和实用价值。本发明的目的是由以下技术方案实现的:一种基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其特征在于:采用以下步骤:第一步:建立未损伤结构的有限元模型，作为基准有限元结构模型；第二步:对损伤结构进行振动测试，识别损伤结构的前m阶模态频
权利要求
1.一种基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其特征在于:采用以下步骤: 第一步:建立未损伤结构的有限元模型，作为基准有限元结构模型； 第二步:对损伤结构进行振动测试，识别损伤结构的前m阶模态频率COdi (i=l,..., m)和振型
2.根据权利要求1所述的基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其特征在于:所述第一步中，基准有限元结构模型以K和M表示，即:未损伤结构的刚度矩阵和未损伤结构的质量矩阵，其特征值表示为
3.根据权利要求1所述的基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其特征在于:所述第二步中，识别损伤结构的m阶模态频率= 具体步骤如下: (1)、利用传感器测量结构物损伤后的结构动力响应数据，并将数据存储入存储器中； (2)、从存储器中读取存储的加速度信息，利用模态参数识别方法识别其有限的低阶模态频率作为损伤结构模态频率(/ = l,...,m)0
4.根据权利要求1所述的基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其特征在于:所述第三步中，服役损伤平台结构的整体安全状态评定的具体步骤为: (1)采用计算模态置信度矩阵的方法选取第η阶振型作为合适的模态参数； (2)将损伤结构指数定义为:服役损伤平台结构第η阶振型广义刚度与未损伤平台结构第η阶振型广义刚度的变化率，也即是:
5.根据权利要求4所述的基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，其特征在于:所述平台结构安全评定特征参数选择原则是:(I)当平台结构完好没有损伤时，平台结构的Kdl和Kfl相等，平台整体损伤指数等于零； ⑵当平台结构损伤严重时，平台结构的Kdl则越小，平台整体损伤指数则越大；⑶平台结构整体承载能力与结构整体刚度`密切相关，当平台结构局部出现损伤时，则该局部的平台结构刚度降低，从而平台结构的整体刚度降低，因此，结构承载能力也降低； (4)根据平台结构整体损伤指数计算公式，可知结构整体刚度变化，则平台结构整体损伤指数也随之变化； (5)通过上述平台结构损伤指数计算过程可知，涉及的平台结构第一阶固有频率和振型都可以通过在平台上布置加速度传感器通过其测试数据识别获得； (6)通过上述平台结构损伤指数计算过程可知，所有涉及的中间参数都可以通过计算获得。
全文摘要
一种基于振动识别频率和振型综合的海洋平台安全评定的方法，采用以下步骤一建立未损伤结构的有限元模型，作为基准有限元结构模型；二对损伤结构进行振动测试，识别损伤结构的前m阶模态频率ωdi(i=1,…,m)和振型，作为实测模态参数；三对服役损伤平台结构的整体安全状态进行评定。本发明可以直接基于诊断振动检测数据识别结构参数定义及安全评定参数进行平台结构的安全评定，解决了基于振动检测结合结构损伤诊断方法中难以进行结构损伤诊断及实际工程结构安全评定困难的问题；克服了常规方法在实际工程应用中受环境激励、噪声影响、完备测量影响大的不足；具有计算效率高、适用性强、物理意义明确等特点。
文档编号G01N29/44GK103076394SQ201310003588
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者李志刚, 柯吕雄, 邹道标, 陈祥余, 周道成, 赵雪峰, 周雷, 孟元栋, 王巍巍, 张传杰 申请人:中国海洋石油总公司, 海洋石油工程股份有限公司, 中海石油(中国)有限公司湛江分公司, 大连理工大学