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基于环境荷载激励的海洋平台结构模态参数识别技术研究

周凯  
【摘要】:海洋平台长期服役于恶劣的海洋环境中,对其进行健康检测和安全评估是当今海洋工程领域关心的热点问题。而模态参数识别的准确性与否直接关系到健康检测和安全评估的准确性与可信度,是大型结构健康检测和安全评估的难点和核心技术之一,有必要进行细致深入的研究。 对于正在服役的海洋平台,采用人工激励的方式进行模态参数识别有诸多缺点,不仅需要昂贵的专用设备及技术人员,而且可能会影响平台的正常运作,甚至对结构造成损伤。而利用环境荷载作为激励方式进行模态参数识别则可以克服以上的缺点,并且可以进行实时模态参数识别,适合发展在线的结构监测系统,所以发展基于环境荷载激励的模态参数识别方法有很好的工程前景。 本文研究重点是两种基于环境载荷的仅利用输出信号的模态参数识别技术——ITD方法和ARMA方法。文章中建立了三自由度集中质量-弹簧-阻尼数值模型和一个近海导管架海洋平台数值模型,以这两个模型为平台从数值角度研究ITD方法和ARMA方法参数识别中几个关键参数的选取问题和如何减小噪声的影响。研究发现增大ITD方法虚拟测点个数可以明显降低其对噪声的敏感度。当虚拟测点增大到一定数值后,误差逐渐趋近于零,识别的结果也趋于稳定。对于ARMA方法,在模型阶数不大的时候,可以满足低阶模态识别的要求。而后又针对导管架平台结构的参数识别问题,进行物理模型实验作为验证,所用实验模型为按真实海洋平台制造的比例缩尺模型。实验证明ITD方法和ARMA方法在实测信号下也能得到较为理想的识别结果,也说明了基于环境荷载的海洋平台动力测试切实可行,其实验方案对海洋平台现场测试也有一定借鉴意义。


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