基于遗传算法的海洋平台水下构件的损伤识别研究

论文摘要

海洋平台结构复杂、造价昂贵、所处的海洋环境恶劣,远离陆地,一旦发生结构损伤,很有可能引发生命、财产损失和环境污染。对平台结构的损伤发现可以确保平台及时修复,防患于未然。目前的损伤识别技术大部分是通过结构的整体动力响应信号推求模态参数,然后用模态参数的改变来评估结构损伤的位置和程度。此方法操作简单、成本低。但由于测试噪声、传感器位置和数量、激励力位置等因素的限制,上述方法往往不能准确得到损伤位置和程度,为实际使用带来困难。本文试图通过单个构件的模态参数变化推求单个构件的损伤位置和程度,作为整体损伤评估的重要补充,以便于损伤识别技术能满足工程的需求。本文设定海洋平台水下构件的损伤由焊缝开裂引起的,构件结构参数的变化有支座刚度变化和管内充水两种形式,所做的工作主要有:首先,建立了局部振动中Timoshenko梁的动力学模型理论。通过Timoshenko梁的横向弯曲自由振动微分方程,本文作者首次推导建立了两端受弹性约束梁的频率及振型方程,通过此方程,研究了两端受弹性约束梁的性质,及与Euler梁之间的频率关系,并用数值方法,根据梁的具体约束边界条件,求解了Timoshenko梁的各阶固有频率及振型,验证了可靠性;其次,研究了水下构件的损伤识别问题。运用遗传算法的优化方法,对某导管架海洋平台水下管梁的损伤情况进行了分析识别,研究了由于焊缝引起的支座损伤及管内充水问题,其中针对模拟的不同损伤工况下,不同模态数据(频率与振型数量的不同)所得到的损伤识别结果进行了比较,总结;最后,基于一套结构的信号采集分析系统,结合本文研究的构件损伤识别研究工作,利用MATLAB软件,初步设计形成了一套用于单个构件损伤识别的健康检测系统。本文所发展的方法也适用于类似的其它结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 海洋平台结构损伤识别技术的研究意义
• 1.2 损伤识别技术的发展现状
• 1.2.1 海洋平台结构损伤识别技术的发展现状
• 1.2.2 其他结构损伤识别技术的发展现状
• 1.3 结构损伤识别技术的研究展望
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 2. 结构损伤的动力识别技术简述
• 2.1 结构损伤识别技术介绍
• 2.1.1 结构损伤检测方法分类
• 2.1.2 结构的参数识别技术
• 2.2 几种常用的动力损伤识别技术
• 2.2.1 基于模态参数直接比较的识别技术
• 2.2.2 基于模态参数衍生出的识别技术
• 2.2.3 基于模型修正的识别技术
• 2.2.4 基于计算智能的识别技术
• 2.2.5 基于小波方法的损伤识别技术
• 2.3 小结
• 3. 遗传算法及CHC 算法简述
• 3.1 遗传算法的发展及研究现状
• 3.2 遗传算法的特点及应用
• 3.3 遗传算法的实现技术
• 3.4 遗传算法的改进
• 3.4.1 CHC 算法
• 3.4.2 改进的CHC 算法
• 3.5 小结
• 4. 梁构件的动力学模型
• 4.1 Euler-Bernoulli 梁模型的振动方程及频率方程
• 4.1.1 Euler-Bernoulli 梁的振动方程
• 4.1.2 Euler-Bernoulli 梁的频率方程
• 4.1.3 固有频率修正公式
• 4.2 Timoshenko 梁模型的振动方程及频率方程
• 4.2.1 Timoshenko 梁的振动方程
• 4.2.2 Timoshenko 梁的频率方程
• 4.2.3 转换公式
• 4.3 小结
• 5. 基于遗传算法的海洋平台水下构件的损伤识别
• 5.1 海洋平台的ANSYS 模型
• 5.2 海洋平台水下构件的损伤工况
• 5.3 遗传算法的设计过程
• 5.4 损伤识别结果
• 5.4.1 一处损伤的损伤识别结果
• 5.4.2 两处损伤的损伤识别结果
• 5.4.3 三处损伤的损伤识别结果
• 5.5 小结
• 6. 基于MATLAB 的结构损伤识别系统
• 6.1 信号采集及分析系统介绍
• 6.1.1 结构信息编辑
• 6.1.2 信号采集模块
• 6.1.3 信号分析处理模块
• 6.1.4 模态分析模块
• 6.2 损伤识别系统
• 6.2.1 单个构件信息编辑
• 6.2.2 构件的损伤识别分析
• 6.3 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表论文