井架结构损伤的动力学识别.pdfVIP

维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第 3O卷 第 3期 2006年 6月 JOURNAIOFDAQING PETROIEUM INSTITUTE VolI3O No．3 Jun． 2006 井架结构损伤的动力学识别 邹龙庆 ，迟利源 ，郭 凤 ，孙雪梅 (大庆石油学院 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆 163318) 摘 要 ：针对 JJ160／41一K型井架结构的损伤情况 ，研 究了结构损伤动力学检测方法 ，包括柔度矩阵差值法、曲率模 态法和柔度 曲率法 ，分析 了柔度矩 阵差值法和 曲率模态法应用于损伤检测的局 限性 ，以及柔度 曲率法 的优 点．井架应用 结果表 明：柔度差值法在损伤位置 间距较近或各位置损伤程度较小 的情况下识别精度较差 ；各处损伤部位 间的相互影响 以及损伤部位对未损伤部位的影响，会使 曲率模态法对结构损伤识别的敏感度下降；柔度 曲率法能够反映损伤存在、位 置及程度 ，且各损伤部位之 间不存在相互影响，识别精度高 ，适合在井架结构损伤的在线检测 中推广应用． 关 键 词 ：损伤识别#柔度差 ；曲率模态；柔度曲率 中圈分类号：TU317．9 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—1891(2006)03—0047一O4 结构 的损伤检测是利用结构的动力反应或模态参数的变化 ，采用参数识别方法确定结构 的损伤位置 和程度 ，涉及现代结构安全性检测理论研究的前沿．人们 习惯于用静力的观点考察结构的性能，用静力实 验考察结构的承载能力 、安全储备和可靠性．静力实验的设备笨重，实验时间长，影响结构的正常使用 ，还 可能对结构造成新的损伤．静力实验时只能进行抽样检测 ，而结构损伤分布具有随机性 ，静力检测难免发 生漏检，影响结构的安全评价．此外传统的诊断方法还局限于结构构件上，而对结构整体的研究还 比较 少．结构损伤检测研究应该结合系统识别、振动理论、振动测试技术、信号采集与分析等跨学科的技术． 动力学识别就是利用结构 的反应或动力特性 的变化来对结构的整体性能进行损伤识别 ，其核心是 比较结 构系统的实测模态特性与健康结构的模态特性，判断结构是否发生损伤及损伤的程度[1]．因此，拟通过对 井架结构动力特性 的分析 ，判别井架是否有损伤 、损伤程度与损伤位置等 ，为进一步的井架结构安全性评 估和维护提供依据． 1 动力学损伤识别方法 1．1 柔度矩阵差值法 该方法利用柔度矩阵的变化检测结构损伤．通过测量结构低阶振型，可 以比较准确地估计结构 的柔 度矩阵的变化 ，并且证明模态柔度 比固有频率或振型对局部损伤更灵敏 ． 如果位移模态满足质量归一化的条件 ，即在 矿 ·M · 一I时，其中 为位移模态振型，M 为质量矩 阵，I为单位矩阵，柔度矩阵F为 F 一 ． ． 一 ， (1) ● n，』 式中： ，∞ 分别为第J阶模态对应的振型、圆频率 ；为结构的模态阶数． 由式 (1)可知 ，随着频率阶数J的增加 ，频率 不断增大，高阶位移模态的影响可以忽略不计，由低阶 位移模态 即可获得较准确的柔度矩阵．损伤前后柔度矩阵的差值 △F为 △F — Fd— Fl， (2) 收稿 日期：2006一o1—12；审稿人：刘巨保；编辑 ：任志平 基金项 目：黑龙 江省 自然科学基金项 目(E200509) 作者简介 ：邹龙庆(1962一)，男，博士生，教授 ，主要从事石油井架的设计 、检测与承载能力安全评定方面的研究 维普资讯 大 庆 石 油 学 院 学 报 第