基于动力特性与小波变换的损伤检测方法在海洋平台中的应用

研究了平台下部结构的不同位置发生不同程度损伤时，利用数值计算可以得到平台结构的固有频率、振型、模态应变能、频响函数等有关参数。利用上述参数变化，可以用来识别损伤、损伤位置以及损伤程度。研究表明，振型参数可以用来对损伤进行定位，模态应变能方法可以发现结构的早期损伤，而频响函数可以发现下部结构任何构件的断裂；借助于小波变换对频响函数进行分析，可以发现早期结构损伤。     

计算小波分布判定海洋平台结构损伤方法研究

由于海洋平台结构长期处于恶劣的海洋环境中,并受到各种载荷的交互作用,结构容易产生各种形式的损伤。因此,对海洋平台进行实时监测有着十分重要的现实意义。本文以单筒简易导管架平台为例,主要在结构损伤的判定和定位两方面对海洋平台的实时结构健康监测进行研究,结果表明通过对结构响应信号进行小波分析,小波变换系数和小波包能量分布可以很好地定义损伤识别指标。     

用受控结构的动力特性诊断结构的损伤

基于振动的结构损伤检测方法，是由结构动力特性“指纹”的变化来诊断损伤是否发生以及损伤发生的位置和损伤程度。因此，结构的动力特性“指纹”对于损伤的敏感度，将对结构损伤检测的成功起着决定性作用。本文采用多损伤定位确信准则(MDLAC)作为动力特性“指纹”，用状态反馈控制的方法有目的地对结构进行极点配置，以提高MDLAC对损伤的敏感度。数值仿真计算结果表明，本文提出的方法是有效的。     

基于小波变换的码头结构损伤预警试验研究

为提高码头结构损伤识别方法的准确性和适用性,将小波分析引入到结构损伤识别中.首先介绍了小波变换的基本原理,然后通过高桩码头常见的钢筋混凝土简支梁损伤试验,验证基于小波变换的码头结构损伤预警方法在实际结构上应用的准确性和适用性.对试验梁进行完好工况和损伤工况的动力响应测试,对得到的曲率模态响应进行小波包变换,判定试验梁的损伤位置和损伤程度,从而实现对码头结构的损伤预警.     

高桩码头基桩动力损伤诊断方法研究综述

文章对传统的基桩检测的主要方法及其存在的局限性进行了综述,并对可能用于基桩损伤诊断的模态参数法、基于频响函数变化的损伤诊断法、模型修正法、神经网络法、遗传算法、小波分析法、残余力向量法进行探讨。最后对基桩损伤诊断领域的一些研究方向进行了展望。     

基于Hilbert-Huang变换的抗冰导管架平台损伤识别研究

渤海海域的抗冰导管架平台每年冬季都会受到海冰作用从而产生严重的冰激振动问题.对冰振危害进行监测与分析是保障冰区现役抗冰平台安全作业和降低冰害损失的重要研究内容.本文针对导管架结构长期处于冰振情况下结构可能存在隐性损伤的问题,采用Hilbert-Huang变换的方法开展结构损伤识别的研究.首先利用通用有限元分析软件ANSYS对冰荷载作用下的导管架平台模型进行瞬态动力学分析,进而对动力响应信号进行Hilbert-Huang变换,得到信号的固有模态函数(IMF)和Hilbert能量边际谱,最后通过结构损伤前后Hilbert能量边际谱的变化构建损伤指标,分析对比不同损伤程度下该损伤指标的有效性,并探讨海冰的冰速、冰厚对该损伤指标的影响.研究工作可以为寒区导管架结构在冰振情况下的损伤识别研究提供借鉴和参考.     

基于改进小波算法的舰炮齿轮箱故障特征提取

小波变换具有优良的时频分析特性,适合于提取齿轮箱等机械设备的故障特征。但是由于小波滤波器的频响应特性不理想,因此直接对信号进行小波变换会产生一定的虚假频率,从而影响故障特征提取的准确性。针对小波分析的混频现象,在深入分析该现象产生原因的基础之上提出一种改进算法,并给出了利用该算法提取故障特征的具体步骤,为舰炮齿轮箱故障特征提取提供了一个新途径。仿真结果表明,该方法能有效地消除混频现象,提高了故障特征提取的准确性。     

基于小波变换和分形理论的舰船损伤识别

研究舰船的损伤识别对于保障船舶在海面上安全航行具有重要意义。本文提出基于小波变换和分形理论的舰船损伤识别算法,充分考虑小波变换的多尺度细化特性,对获取到的舰船图像进行小波变换和分形计算。通过实验验证了该算法的区分度好,差异性大,可靠性强,有利于利用神经网络进行损失识别。     

基于小波变换的船体NURBS曲线光顺方法

曲线曲面光顺是CAGD/CAD研究重点,常用光顺方法有选点法和优化法。首先对光顺进行分类定义,提出了数学光顺、物理光顺和功能光顺的概念。其次,由于小波变换的优良特性,针对船舶型线的特点,引入NURBS的K次有理基函数作为小波尺度函数,利用小波变换对船体型线(半宽水线)进行了光顺,实现了曲线的数据压缩和光顺的目的。该方法的有效性和合理性已被实验证明。     

基于AQWA的2种立柱结构的半潜式海洋平台水动力特性研究

本文在现役海洋平台结构基础上,设计2种不同立柱式结构的半潜海洋平台。首先,根据2种不同立柱结构平台设计的主要参数,建立平台的三维模型;其次,建立2种平台的水动力模型,在相同的环境载荷下,运用AQWA软件对其进行数值模拟,得到2种平台频域下的水动力运动响应等数据,对比研究水动力的关键因素对不同立柱结构平台的影响;最后,在Ansys/Workbench中对2种平台的运动响应(RAO)进行后处理分析,得到结果与函数曲线吻合,从而为平台试验模型的搭建提供理论基础。     

含损伤结构静力和动力特性的有限元分析

由于海洋特殊环境的影响,船舶与海洋结构物容易受到腐蚀和疲劳等影响,造成结构的局部刚度弱化损伤,本文探讨了船舶常用加筋板结构在不同刚度弱化情况下结构的静力和动力特性变化,并推导了加筋板结构在正交各向异性损伤情况下的有限元列式.对于正交各向异性损伤,采用Kachanov理论,引人了x和y两个方向的损伤系数,并将损伤而形成的各向异性材料的各力学参数通过损伤系数与各向同性材料各参数相关联.本文将损伤参数分为损伤位置、损伤程度和损伤面积三个方面,并分别分析了它们对结构应力、结构固有频率和模态形状的影响.结果表明损伤位置对结构模态和结构应力的分布影响显著,在损伤区域和损伤程度均较小的情况下,距离损伤区域较远部位的应力分布和振型状态均无明显变化.本文建立的方法可以应用到船舶与海洋结构受损强度分析中.     

基于结构疲劳动态可靠性分析的船舶结构概率损伤容限设计

本文根据结构可靠性理论，提出了一种基于结构疲劳动态可靠性分析的损伤容限分析方法，给出结构疲劳裂纹随机扩展过程中疲劳寿命分布和结构疲劳可靠性的表达式。在给定与疲劳寿命有关的各参数条件下求得动态可靠性曲线，从而在结构设计中根据可靠性要求确定或选择设计参数。     

高桩码头固有频率敏感性与相关性分析

高桩码头构件众多,不同位置、程度、数量的构件损伤会对码头动力特性造成不同的影响。采用概率灵敏度分析方法,研究混凝土基桩损伤、上部结构损伤等情况下码头动力特性的变化。通过建立高桩码头有限元模型,分析不同参数对码头整体动力特性的影响,发现码头结构动力特性对土体参数、桩有效截面面积以及部分桩的弹性模量较为敏感;对横梁和纵梁的损伤并不敏感;码头前三阶自振频率的变化可以作为反映整体损伤的指标,四阶以上频率因其振型为桩自身的局部振型,其频率值仅对部分单桩损伤敏感,而对其他桩的损伤不敏感;码头前三阶频率间相关性强,三阶以上频率与前三阶频率中等强度相关。     

港工结构破损状态的预测和评估

本文应用灰色系统理论,提出了预测港工结构破损状态的建模方法和步骤,并给出了用于预测的动态模型,运用这个模型可以预测结构未来时刻所处的状态;建议了不同损伤类型的结构破损状态评定标准,为工程单位决策的科学化提供了参考依据。     

损伤引起加筋板结构屈曲性态变异研究

将损伤力学的相关原理引入到船舶常用加筋板结构的稳定性分析中,建立含损伤结构稳定的有限元分析模型。通过引入损伤位置、损伤程度和损伤面积三个独立的损伤参数来描述结构的受损状况,并分别分析它们的变化对结构临界屈曲载荷和屈曲模态产生的影响。对加筋板结构在各种载荷条件下的屈曲行为作了探讨,并通过对典型算例的数值模拟研究了不同损伤状况和不同屈曲模式下结构稳定特征的变异。     

高桩码头结构安全评价指标及其敏感性分析

针对高桩码头结构损伤引起的安全性评价问题,提出将宏观层面的横向位移、桩顶转角和微观层面的桩身应变作为高桩码头结构的安全性评价指标。基于工程实际建立了高桩码头结构的有限元分析模型,并与现场实测动力特性数据进行了对比验证;结合有限元模型和概率方法研究了高桩码头结构安全性能性能评估指标及其敏感性规律;得出宏观安全指标与桩的结构参数、强度参数以及土体参数有较大的相关性,微观安全指标只对桩的有效截面积及局部强度敏感。研究成果可为高桩码头结构损伤预警和状态评估提供依据。     

On the use of the autocorrelation function to identify the damage in the side shell of a ship''s hull

When structural damage occurs, the dynamic characteristics of the structure changes correspondingly. This can be used to detect damage occurrence. In this paper, an autocorrelation function was utilized to identify damage in the side shell of ship structures using a combination of experimental and numerical studies. A stiffened plate was used to model the side shell of a ship structure. The damage was simulated by a cut in the longitudinal near the transverse member. The cut was made using a hacksaw. An experimental study using modal testing methods was carried out to measure the random response time history of the undamaged and damaged stiffened plate model. The random response time history was used to obtain its autocorrelation function and its random decrement signature. The autocorrelation function was then compared with the random decrement signature. Finite element models were developed for the stiffened plate, in the undamaged and damaged conditions. The random responses of the model were used to obtain the autocorrelation functions. The autocorrelation functions obtained numerically were compared to the ones obtained experimentally. The results indicate that the autocorrelation functions can be used to identify the occurrence of damage in the stiffened plate model.     

Environmental lumping for efficient fatigue assessment of large-diameter monopile wind turbines

Fatigue damage is one of the governing factors for the design of offshore wind turbines. However, the full fatigue assessment is a time-consuming task. During the design process, the site-specific environmental parameters are usually condensed by a lumping process to reduce the computational effort. Preservation of fatigue damage during lumping requires an accurate consideration of the met-ocean climate and the dynamic response of the structure. Two lumping methods (time-domain and frequency-domain) have been evaluated for a monopile-based 10 MW offshore wind turbine, both based on damage-equivalent contour lines. Fatigue damage from lumped load cases was compared to full long-term fatigue assessment. The lumping methods had an accuracy of 94–98% for the total long-term fatigue damage and 90% for individual wind speed classes, for aligned wind and waves. Fatigue damage was preserved with the same accuracy levels for the whole support structure. A significant reduction of computational time (93%) was achieved compared to a full long-term fatigue assessment. For the cases with 30° and 60° wind-wave misalignment, there was a mean underestimation of approximately 10%. Variations in penetration depth did not affect the selection of the lumped sea-state parameters. This work presents a straightforward method for the selection of damage-equivalent lumped load cases, which can adequately preserve long-term fatigue damage throughout the support structure, providing considerable reduction of computational effort.     

水下爆炸气泡射流作用下固支方板动态响应的数值仿真研究

为研究水下爆炸气泡溃灭发生射流时对结构的影响,借助有限元软件MSC.Dytran对固支方板在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行研究。对底部爆炸和侧面爆炸两种典型情况进行计算,对射流发生时流场情况以及固支方板的响应特点进行分析,认为射流载荷是局部载荷,会引起严重的局部破坏,在近场水下爆炸研究中必须予以重视。