基于模态参数和支持向量机的井架损伤识别方法研究

论文摘要

石油井架作为钻机系统起升设备中重要组成部分之一,起着安放天车,悬挂游车、大钩及专用工具的重要作用,其安全性能直接关系到整套钻机系统的安全生产,现已被纳入评价钻机体系安全运行的项目之中。大多数井架已在野外比较恶劣的条件下使用多年,随着拆卸-运输-安装这一循环过程的增多,很可能会造成石油井架局部或整体损伤,直接影响井架原设计时的承载能力,成为安全生产中的事故隐患。为了避免灾难,能够准确对石油井架结构进行损伤识别的技术研究,受到了广大学者和工程技术人员的重视。本文阐述了现阶段结构损伤识别技术的国内外研究状况以及发展趋势,介绍了各种结构损伤识别技术的理论与研究方法,并对比了这些方法在损伤识别应用上的优缺点;针对JJ160/41-K型石油井架的损伤定位与定量问题提出了基于模态参数和支持向量机的分步识别方法:首先是基于模态参数,使用柔度矩阵方法进行井架结构损伤位置识别;进而以柔度曲率差值作为损伤识别指标,应用支持向量机对已定位的损伤井架进行定量分析。利用通用有限元软件ANSYS9.0及计算软件MATLAB7.0将模态分析理论和支持向量机方法相结合,并应用于石油井架损伤识别中,同时实现了对损伤位置和损伤程度的识别。对识别结果进行对比分析,证明了本文所研究的识别方法的有效性。本课题的研究与工程实际密切结合,并引入了新兴的模式识别工具——支持向量机,以其与模态参数相结合的分步损伤识别方法,为结构损伤诊断和预测提供了新的途径,在井架损伤识别中具有良好的应用前景和推广价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 一、石油井架结构损伤识别研究的意义
• 二、结构损伤识别研究状况及发展趋势
• 三、结构损伤识别相关技术的发展
• 四、本文的主要研究内容
• 第一章 基于模态分析的结构损伤识别基本理论
• 1.1 引言
• 1.2 基本原理及识别过程
• 1.3 动力指纹类损伤识别
• 1.3.1 基于模态频率的损伤识别
• 1.3.2 基于模态振型差的损伤识别
• 1.3.3 基于曲率模态和应变模态的损伤识别
• 1.3.4 基于刚度变化的结构损伤识别
• 1.3.5 动力指纹类损伤识别总结
• 第二章 基于柔度矩阵的井架损伤位置识别
• 2.1 柔度阵法的结构损伤识别发展现状
• 2.2 刚度、柔度与模态参数
• 2.3 柔度阵法损伤定位的基本原理
• 2.4 模态向量对柔度矩阵的影响分析
• 2.5 基于柔度矩阵的井架损伤定位分析
• 2.5.1 有限元分析软件ANSYS 简介
• 2.5.2 Mathworks. MATLAB 简介
• 2.5.3 结构模型的建立
• 2.5.4 基于柔度矩阵的损伤定位分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 支持向量机
• 3.1 统计学习理论与支持向量机
• 3.1.1 机器学习的基本问题和方法
• 3.1.2 统计学习理论的基本内容
• 3.1.3 支持向量机
• 3.2 支持向量机回归（SUPPORT VECTOR REGRESSION, SVR）
• 3.2.1 线性回归问题
• 3.2.2 特征空间与核方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于支持向量机的井架损伤程度识别
• 4.1 支持向量机损伤识别基本步骤
• 4.2 基于柔度曲率差损伤识别指标的支持向量机损伤辨识
• 4.2.1 柔度曲率差损伤识别指标
• SVMlab'>4.2.2 支持向量机工具箱—LS_SVMlab
• 4.2.3 支持向量机样本采集
• 4.2.4 支持向量机训练与测试
• 4.3 本章小结
• 总结及展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要