收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究

杨和振  
【摘要】:大型土木工程结构(如海洋平台)在其服役期间,由于受到腐蚀、疲劳、碰撞、地震以及恶劣的环境载荷作用,损伤不可避免。因此,对结构损伤进行安全评估的结构健康监测技术研究对于确保海洋平台结构安全,降低维修成本以及延长服役期限都是非常必要的。 基于振动测试的大型结构无损检测技术是国内外专家公认的较有发展前景的健康监测技术。然而,与陆地结构相比海洋平台其结构复杂、体积庞大、造价昂贵,所处的海洋环境十分严酷;此外,人工激励力不易施加,环境载荷激励力不易测试,这给海洋平台结构模态参数识别以及损伤诊断提出了更严峻的挑战。本论文以海洋平台结构为研究对象,着重解决基于振动测试结构健康监测的两个关键问题: 第一,仅仅从结构的输出响应信号中识别结构的模态参数。以环境载荷作为大型土木工程结构的激励力,无需专门的测试设备,故可以节省时间,显著地降低振动测试的成本。此外,由于海洋平台结构的环境激励力不可测试,使得对于大型结构实时健康监测系统要求使用环境载荷激励下的模态参数识别技术。本文通过自然激励法(NExT)从测试结构的响应信号中获得自由响应信号,运用特征系统实现算法(ERA)提取系统的状态空间参数,结合CBSI算法能够识别出精度较高的结构模态参数(固有频率、阻尼、模态振型)。该套模态参数识别的方法已经通过海洋平台结构数值模型以及CDZX-2海洋平台结构现场测试数据加以验证,能够得到较高精度的模态参数,有望运用于环境激励下的海洋平台结构健康监测系统。 第二,结构损伤诊断算法。环境激励下识别出的结构模态参数无法质量归一化,高阶的模态不容易被激发出来,测试模态存在较为严重的不完备性,现有的基于动力测试的损伤诊断算法无法诊断复杂三维框架结构的损伤。针对上述局限性,本文提出了新的结构损伤诊断算法——模态应变能分解法,诊断三维框架结构(如海洋平台结构)的损伤。主要思路是将结构构件的模态应变能分解,根据严格的理论推导定义了两个诊伤指标,拉压模态应变能指标(CMSECR)和弯曲模态应变能指标(FMSECR),这两个诊伤指标都是利用结构损伤前后的不完备模态振型计算的。该方法可以结合环境激励下的模态参数识别技术诊断出复杂三维结构损伤位置,评估损伤构件的损伤程度。所提出的模态应变能分解法运用于五层 环境激励下海洋平台结构模态参数识别与损伤诊断研究 三维的框架结构、Benchmark结构以及海洋平台结构有限元模型的损伤诊断,研究 表明,本文所发展的新方法能够在环境激励下有效地诊断出海洋平台结构各种构 件损伤的工况(包括桩、水平撑、斜撑)。此外,考虑到模态参数识别技术以及 信号处理引入的误差将影响最终的损伤诊断结果,对于阻尼较大的结构,模态参 数识别技术的精度达不到损伤诊断要求,本文提出了基于结构频响函数的损伤诊 断指标(FRF一DIM)。结构频响函数可以直接由动力测试信号计算,并且频响函数包 含了丰富的结构模态信息,抗噪声性能较好。本算法在噪声达到9%的情况下亦能 够诊断出结构的损伤,具有一定的鲁棒性;但是该方法与模态应变能分解法相 比,有其局限性,即计算结构的频响函数需要已知结构的激励力。 大型结构基于振动测试的损伤诊断算法都面临着模态不完备的问题,首先在 损伤诊断算法(模态应变能分解法)上尽可能地运用低阶的模态、可测试的模态 自由度;其次是运用传感器优化配置算法结合模态扩展满足损伤诊断算法的要 求。本文提出结构损伤诊断的传感器优化配置算法结合系统等效缩减扩展 (SEREP)用于结构损伤诊断,传感器配置基于F工SHER信息矩阵及模态应变能最 大为目标,以选择最有利于结构损伤诊断的测试位置。 “结构环境激励下的模态参数识别”和“大型结构损伤诊断”是本文研究的 两大核心问题,都是实现海洋平台结构实时健康监测的关键技术。在国家十五 “863”项目,国家自然科学基金和博士点基金等课题的支持之下,本文以海洋平 台结构为研究对象,通过现场测试数据、模型实验以及数值模拟等手段,验证了 在环境激励下海洋平台结构的模态参数识别与损伤诊断方法的有效性,取得了一 定的进展。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王信义;关于改进结构模态分析数学模型的研究[J];北京理工大学学报;1988年01期
2 王信义;在微型机上进行模态参数识别的新方法[J];北京理工大学学报;1985年02期
3 彭泽民 ,王光复 ,徐燕申;机床结构的模态参数识别[J];天津大学学报;1981年04期
4 张宗兰,冯毅;光学曲线磨床的模态参数识别—非线性优化方法[J];哈尔滨工业大学学报;1984年04期
5 毛家祥;;模态参数识别IBRAHIM时域法原理和程序[J];振动与冲击;1983年01期
6 张士义;机床结构的复模态参数识别[J];哈尔滨工业大学学报;1985年A6期
7 俞云书;结构模态参数识别——传递函数法[J];中国空间科学技术;1981年02期
8 李川奇,张培强,杨前进;利用时序分析方法识别模态参数的研究[J];中国科学技术大学学报;1989年01期
9 张笑华;任伟新;禹丹江;;结构模态参数识别的随机子空间法[J];福州大学学报(自然科学版);2005年S1期
10 张宗兰,冯毅;机床结构的模态参数识别[J];哈尔滨工业大学学报;1984年01期
11 张令弥;结构动力学中传递函数与模态参数识别[J];固体力学学报;1982年01期
12 廖伯瑜;郑万平;;模态参数识别的单位脉冲响应函数法[J];昆明理工大学学报(理工版);1986年01期
13 王信义;董卫平;张之敬;;结构振动系统复模态参数识别的裾部影响消除法[J];强度与环境;1985年03期
14 宋健伟;徐燕申;于德介;彭泽民;;用频响函数总体逐阶模态拟合法识别结构模态参数[J];天津大学学报;1990年S1期
15 罗光坤;张令弥;;基于Morlet小波变换的模态参数识别研究[J];振动与冲击;2007年07期
16 胡晓;祁建华;;混凝土重力坝几种动力试验研究及模态参数识别[J];世界地震工程;1991年03期
17 张培强;李川奇;杨前进;;结构模态参数的时序分析(ARMAV模型)识别法[J];实验力学;1989年02期
18 李炎华;樊可清;;独立分量分析在模态分析中的应用[J];计算机工程与应用;2009年03期
19 王信义;机械振动系统模态参数识别的新方法—裾部影响消除法[J];北京理工大学学报;1982年03期
20 庞世伟,于开平,邹经湘;用于时变结构模态参数识别的投影估计递推子空间方法[J];工程力学;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邓昌;顾培英;汤雷;;基于移动附加质量的模态参数识别方法[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2010年
2 张明星;柳亦兵;辛卫东;;基于时域方法的核电站沸水反应堆试验模态参数识别[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 吕中亮;杨昌棋;唐亮;;多点激励模态参数识别方法及其噪声影响研究[A];重庆力学学会2009年学术年会论文集[C];2009年
4 邓兆祥;何渝生;;利用差分方程辨识汽车构件模态参数的新方法[A];四川省汽车工程学会第一届二次年会论文集[C];1991年
5 姜保宋;周志勇;;几种气动导数识别方法的比较[A];第十三届全国结构风工程学术会议论文集(中册)[C];2007年
6 王慧;刘正士;;基于HHT方法的结构模态参数识别[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 王梅;;模态参数识别与地面共振试验在飞机地面振动试验中的互补[A];中国航空结构动力学专业组第十六届学术交流会论文集[C];2008年
8 周友明;孙勇军;;基于小波奇异值分解的颤振飞行试验数据处理方法研究[A];第十届全国空气弹性学术交流会会议论文集[C];2007年
9 罗光坤;;基于时频分析的模态参数识别研究[A];2008中国仪器仪表与测控技术进展大会论文集(Ⅰ)[C];2008年
10 嵇媛;;空间轻钢结构的模态参数识别的试验分析[A];第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙鑫晖;频域模态参数识别研究及其软件实现[D];南京航空航天大学;2010年
2 张家滨;基于子空间算法的结构模态参数识别与在线监测研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 陈为真;大型结构振动信号处理与模态参数识别研究[D];华中科技大学;2010年
4 黄晓敏;桥梁结构模态参数识别与损伤诊断算法研究[D];昆明理工大学;2013年
5 童若飞;空间结构模态识别与实测方法研究[D];浙江大学;2011年
6 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
7 章国稳;环境激励下结构模态参数自动识别与算法优化[D];重庆大学;2012年
8 禹丹江;土木工程结构模态参数识别[D];福州大学;2006年
9 叶锡均;基于环境激励的大型土木工程结构模态参数识别研究[D];华南理工大学;2012年
10 代煜;基于小波变换的线性及弱非线性结构动力学系统辨识方法[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 年秋华;储液罐平台的模态参数识别[D];大连理工大学;2010年
2 罗奎;基于自然激励技术的结构模态参数识别应用研究[D];武汉理工大学;2010年
3 郭明龙;基于时频分析的应变模态参数识别[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 张莹;钢管桁架结构的模态参数识别[D];大连理工大学;2011年
5 伍特辉;声激励下结构模态参数识别的试验研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 孟凡通;基于模糊聚类的密集模态参数识别方法研究及实现[D];燕山大学;2012年
7 韩杰;基于传递率的工作模态参数识别方法的研究[D];太原理工大学;2012年
8 贾天娇;大噪声密频模态信号的模态参数识别[D];南京航空航天大学;2012年
9 林裕裕;基于输出的海洋平台结构模态参数识别技术研究[D];中国海洋大学;2011年
10 王超;海洋平台模态参数识别技术及传感器优化配置研究[D];中国海洋大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978