提高海洋平台模态识别精度的研究

论文摘要

开发现役海洋平台的整体损伤检测技术是非常具有理论研究价值和工程实际意义的研究课题。整体损伤检测技术的基础是结构的模态参数识别,对于海洋平台这样的大型结构物,用环境载荷下的振动信号进行模态识别基本上成为了研究界的共识。该技术中关键是要解决海洋平台在实际海域检测时环境载荷、环境因素和测量噪声的干扰的问题,提高海洋平台模态识别精度。然而,海洋平台结构模态识别研究还处在理论研究与模型试验阶段。在实际工程应用中,结构的模态识别的精度往往难以满足要求。首先,不规则波浪载荷的有色噪声对海洋平台模态识别存在干扰。其次,测量噪声会对模态识别带来不利影响。本文针对实际工程中海洋平台模态识别中所存在的这两点问题,做了以下研究工作。第一,本文基本解决了波浪合力有色噪声对模态识别干扰的问题。海洋平台的结构响应主要是由波浪力决定的,波浪合力在结构低阶模态频率附近可能出现有色噪声,它会干扰模态识别。为了减少波浪合力在海洋平台结构低阶模态频率附近的有色噪声的影响,提高不规则波载荷下海洋平台的模态识别精度,本文通过分析波浪传播方向上的桩腿间距对平台波浪合力频率特性的影响规律,针对4桩腿导管架平台提出了一种寻找波浪合力峰频与谷频的方法,分析了波浪合力峰频与谷频对模态识别的干扰规律。在该方法的基础上针对各个低阶模态提出了选择合适的波浪入射角范围来避免波浪合力有色噪声对模态识别干扰的方法,并针对3个低阶模态找出了适合模态识别的波浪入射角范围。第二,本文做了测量噪声对模态识别精度干扰方面的研究。测量噪声对模态识别精度影响可以通过数值模拟来进行研究。先对白噪声地震载荷下的动力响应信号加测量噪声进行模态识别,再对不规则波载荷下的动力响应信号加测量噪声进行模态识别。采用把两种干扰(信号测量噪声与非白噪声的不规则波输入)分开来研究并总结方法。通过对比,得到的结论是:标量型ARMA方法对测量噪声具有着较好的鲁棒性,如果使用该方法进行模态识别,测量噪声对结构模态识别的干扰很小。本文研究发现波浪力合力的有色噪声是干扰结构模态参数识别的主要因素,只要选择适合模态识别的波浪入射角度即有望提高结构的模态识别精度;测量噪声对模态识别的干扰问题可以通过对辨识结果平均处理及标量型ARMA方法予以解决。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 海洋平台结构整体损伤检测技术的研究意义
• 1.2 海洋平台结构模态识别技术研究现状
• 1.3 海洋平台模态识别工程应用所面临的问题
• 1.4 本文研究的内容及论文结构
• 1.5 本文研究的意义
• 参考文献
• 2 海洋平台模态识别方法介绍
• 2.1 引论
• 2.2 已有的海洋平台模态识别方法简介
• 2.2.1 基于互谱的识别方法
• 2.2.2 模态参数识别的 ITD 方法
• 2.2.3 特征系统实现算法（ERA）
• 2.2.4 标量型ARMA 方法
• 2.3 标量型ARMA 方法介绍
• 2.3.1 ARMA 方法的定义
• 2.3.2 自回归算子AR 系数的估计
• 2.3.3 ARMA 方法对于结构模态识别的应用
• 2.3.4 标量型ARMA 方法的模态识别过程
• 参考文献
• 3 导管架海洋平台的的动力响应分析
• 3.1 引论
• 3.2 由波谱模拟波浪的方法
• 3.3 波浪载荷下的结构运动方程
• 3.4 波浪载荷下结构响应的求解
• 3.5 白噪声地震激励下的运动方程及其求解
• 参考文献
• 4 提高在不规则波作用下海洋平台低阶模态识别精度的研究
• 4.1 形成平台波浪合力峰频与谷频的理论及其数值验证
• 4.1.1 形成平台波浪合力峰频与谷频的理论
• 4.1.2 数值模型验证
• 4.2 寻找4 桩腿平台波浪合力峰频与谷频的方法
• 4.3 寻找适合模态识别的波浪入射角范围的方法
• 4.4 数值模拟分析及验证
• 4.4.1 4 桩腿导管架平台模型
• 4.4.2 平台的波浪合力谱及动力响应模拟
• 4.4.3 寻找波浪合力的峰频与谷频
• 4.4.4 波浪合力峰频和谷频对模态识别的干扰分析
• 4.4.5 寻找适合模态识别的波浪入射角范围
• 4.5 小结
• 参考文献
• 5 测量噪声对模态识别精度干扰的研究
• 5.1 引言
• 5.2 测量噪声对白噪声地震荷载下海洋平台模态识别的干扰分析
• 5.3 测量噪声对不规则波载荷下的海洋平台模态识别的干扰分析
• 5.3.1 选择干扰模态识别的波浪入射角度下的结构响应信号进行辨识
• 5.3.2 选择不干扰模态识别的波浪入射角度下的结构响应信号进行辨识
• 5.4 小结
• 参考文献
• 6 总结
• 6.1 本文所做工作
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 个人简历
• 学术论文