基于一阶振型的海洋平台二阶段损伤定位方法.pdfVIP

第25卷第3期 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科学版) Vo1．25NO．3 2008年 9月 J．ofHUST．(UrbanScienceEdition) Sep．2008 基于一阶振型的海洋平台二阶段损伤定位方法 姜绍飞 ，张永强2，吴兆旗 ． (1．福州大学 土木学院，福建 福州 350108；2．沈阳建筑大学 土木学院，辽宁 沈阳 110168) 摘 要：海洋平台等大型复杂结构其高阶模态难 以激起和测试，甚至只能识别出一阶模态振型和前几个低阶模 态频率，因此，利用少量低价模态进行损伤诊断显得尤为重要。本文提出了仅利用一阶模态振型对海洋平台进 行损伤位置诊断的二阶段法：先利用模态 曲率变化率确定损伤的大体位置，再利用一阶模态应变能分别确定主 导管和撑杆是否损伤及其位置。最后通过一个三腿导管架海洋平台有限元数值模型验证了该方法的可行性和有 效性。研究发现，本文提出的方法具有较好的识别精度，具有一定的适用性。 关键词：一阶振型；模态曲率；模态应变能；损伤定位 中图分类号：TU272．2；TU311．3 文献标识码：A 文章编号：1672—7037(2008)03—0031-04 海洋平台一旦出现安全事故，带来的损失和 的较大变化，而其它子结构 内设置于节点上的位 社会影响都将是灾难性的。所以，海洋平台的损 移测点的模态 曲率差应该相对较小。下面通过模 伤诊断问题的研究就显得尤为重要。基于结构动 态 曲率变化率来表征模态 曲率变化的大小，公式 力特性变化的诊伤算法被认为是最有发展前景的 如下7【】． 结构全局诊伤方法；此外，结构全局性诊伤与局 部诊伤算法相结合的监测技术不失为一个好的发 c／(j)= 展方向 “。 对于基于振动测试的海洋平台的无损检测很 (1) 多学者 已做 了大量工作并取得了一定的成绩f2]。 但大多数方法还存在一定的局限性，如需要结构 )= 较完备的模态信息、高阶模态参数等。基于此， 本文提出了利用一阶模态振型的海洋平台损伤定 (2) 位方法 。 式中，Gq)为第 i阶模态第-测『点位置的模态 曲率 ①iq+1)、 i()『、 i(，．1)分别表示第 i阶模态在 1 基本理论 ( 1)、．、『(一1)测点的模态位移值 ；上标U、d 分别表示结构的健康和损伤状态；Z-为测点 与 1．1 模态曲率 ．‘『1问的距离，l2为测点-『与j+l间的距离，fs为 截面 曲率 与弯矩 ，截面抗弯刚度E／关 测点 1与 户l间的距离。定义模态 曲率变化率 系为 c1)”=M／(E1)，由此可知当结构 出现损伤时， 为 ： 日减小， ”增大，因此可根据杆件截面的曲率差 来进行损伤定位 。对于海洋平台结构，可利用模 f f 态曲率进行损伤定位。把海洋平台结构沿纵 向化 分为若干部分，每一部分作为一个子结构来考虑， 1．2 轴 向模态应变能 当某一子结构中的一根杆件发生损伤时，可能引 对于空间任意一杆单元，杆件 的长度为 f0， 起该子结构上设置于节点上的位移测点模态 曲率 结构无损伤及有损伤时