基于贝叶斯理论的导管架平台结构损伤识别方法研究

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在役导管架平台服役安全是保障海上油气正常开采的基础,为此国内外已基于各种监测技术对平台实施了结构在线健康监测以掌握其工作状况。因此,针对导管架平台监测数据开展损伤识别方法研究就显得尤为重要。本文的目的是以室内某导管架平台比例模型为研究对象,开展振动监测试验以及基于贝叶斯理论的导管架平台损伤识别方法研究。基于室内某导管架平台模型进行振动监测试验研究,利用快速傅里叶变换分别对无损工况和两种不同损伤工况下的监测数据进行初步分析,为后续结构模态参数识别提供数据基础。根据模型图纸,利用ANSYS软件建立有限元模型,并基于传感器安装方式将模型简化为4质点模型,以获取导管架平台结构的集中质量矩阵,为后续结构物理参数识别提供依据。针对传统快速贝叶斯快速傅里叶变换方法的不足,提出基于自动频域分解和优化快速贝叶斯快速傅里叶变换相结合的模态参数识别方法。在选取固有频率初始值、识别频带的过程中引入自动频域分解法,在求解二维目标函数的过程中引入Powell优化算法。利用所提方法对IASC-ASCE的Benchmark模型进行模态参数识别,并将识别结果与Yuen等提出的MODE-ID方法的识别结果进行对比,结果表明固有频率识别值基本相同,验证了该方法的有效性。在此基础上,将所提方法应用于导管架平台结构的模态参数识别,结果表明:损伤工况下固有频率值相较于无损工况会减小,固有频率、预测误差的谱密度和振型的后验不确定性较小,阻尼比的后验不确定性较大。根据上述模态参数识别结果,提出基于Gibbs抽样的贝叶斯物理参数识别方法。首先,将结构动力学原理、线性回归模型和贝叶斯理论相结合构造刚度参数的目标函数,然后利用Gibbs抽样算法求解该目标函数即可得到各子结构的刚度参数。利用所提方法求解IASC-ASCE的Benchmark模型刚度参数,并将识别结果与期望最大化算法的识别结果进行对比,结果表明两种方法的识别结果基本相同,验证了所提方法的正确性。最后,利用该方法对导管架平台结构进行刚度参数识别,结果表明3种工况下刚度参数识别结果均具有较小的边缘分布标准差。为实现结构损伤的不确定性识别,将结构刚度参数识别结果作为已知量,提出基于刚度参数变化的损伤识别方法。利用此方法对IASC-ASCE的Benchmark模型进行损伤识别,验证了所提方法的有效性。进一步,将上述方法应用于导管架平台结构损伤识别,结果表明:两种损伤工况下损伤定位结果均为结构第Ⅲ层-X面,损伤程度分别为1%~12%和20%~31%,实现了导管架平台结构的定量损伤识别。
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