基于OMA和MSE方法的導(dǎo)管架平臺故障檢測研究.pdf

1、人類社會在飛速發(fā)展的同時導(dǎo)致了陸地能源日益枯竭，今后對化石能源開發(fā)利用的重點(diǎn)必將轉(zhuǎn)移至海洋。海洋平臺作為海洋油氣資源開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)備，在服役期不斷受到各種自然載荷侵襲。據(jù)調(diào)查顯示，構(gòu)件疲勞損傷已經(jīng)成為近年來國內(nèi)外海洋平臺重大事故的主要原因，所以針對海洋平臺的故障檢測技術(shù)也成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)?；谡駝訙y試的損傷診斷原理是構(gòu)件局部損傷導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動測試信號發(fā)生改變，則根據(jù)響應(yīng)可得到結(jié)構(gòu)剛度和質(zhì)量等系統(tǒng)參數(shù)的動態(tài)變化。對于海洋平臺這樣的大型結(jié)構(gòu)，常

2、規(guī)人工方式激勵方式成本高，且造成停工影響生產(chǎn)，不易實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，本文提出利用自然載荷下的響應(yīng)信號來進(jìn)行故障診斷的方法(operational modal analysis-OMA)，降低了測試成本，對設(shè)備生產(chǎn)無影響，可以反映出結(jié)構(gòu)真實(shí)動力響應(yīng)。本文針對海洋平臺的故障檢測問題主要做了如下幾方面工作:
　　1.以常規(guī)自然載荷包括海風(fēng)、波浪和海流等因素進(jìn)行的分析研究為基礎(chǔ)，考慮環(huán)境要素耦合作用于海洋平臺構(gòu)件的復(fù)雜工況，得到平臺各構(gòu)件主要

3、自由度，為數(shù)值模擬和實(shí)際測試中傳感器布置提供了參考。
　　2.自然載荷響應(yīng)幅值小、隨機(jī)性強(qiáng)、信噪比低，通過對目前幾類參數(shù)識別方法的分析比較，采用頻域峰值法和時頻域小波分析法從響應(yīng)中識別出結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)。
　　3.自然載荷激勵無法激發(fā)出大型三維結(jié)構(gòu)的全部模態(tài)，且通過系統(tǒng)識別所得模態(tài)參數(shù)無法質(zhì)量歸一化，本文利用模態(tài)應(yīng)變能(modal strain energy-MSE)變化率的相關(guān)參數(shù)為指標(biāo)，針對上述問題提出了分組模態(tài)應(yīng)變能的思想

4、，將每個單元剛度分解為軸向剛度、彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度三個分量，對應(yīng)將單元模態(tài)應(yīng)變能分為軸向拉壓和彎曲兩個指標(biāo)（旋轉(zhuǎn)自由度不易測量，故拋棄扭轉(zhuǎn)應(yīng)變能變化率指標(biāo)）。這種方法擴(kuò)展了已知模態(tài)，解決了自然載荷激勵下模態(tài)參數(shù)不完整的問題，僅利用低階模態(tài)參數(shù)便可對損傷位置和程度做出評估。
　　4.使用數(shù)值分析軟件ANSYS結(jié)合MATLAB對本文方法進(jìn)行驗(yàn)證，以中國海洋大學(xué)所制的海洋平臺比例模型為例，首先進(jìn)行數(shù)值模擬求得模型在各種激勵下的響應(yīng)，并提