基于信号分析的海洋平台结构健康监测方法研究

摘要

海洋平台的工作环境非常复杂，长期受到风、浪、流等多种载荷的综合作用，平台结构的损伤无法避免。损伤会使结构的承载能力下降，严重时还会导致灾难性事故发生，给生命和财产造成难以估量的损失。因此，为了能够及时、准确的获得海洋平台的健康状况，开展海洋平台实时健康监测研究有着十分重要的理论意义和广阔的应用前景。
　　本研究首先系统的介绍了国内外基于振动响应的海洋平台健康监测方法的研究现状及研究成果。阐述了小波分析理论的基本原理并介绍了其在信号奇异性检测中的应用，总结了小波分析相关理论及应用的研究成果，研究了将小波分析应用在海洋平台健康监测中的可行性。根据常规的健康监测内容，结合本文研究的健康监测方法，给出了海洋平台健康监测数据采集系统的框架结构及原理。其次，由于小波分析具有多尺度分析的优点，可以对信号的局部特性进行分析。因此，本文使用小波分析对一导管架海洋平台进行了损伤预警研究。使用Daubechies小波对数值模拟的测量信号进行小波变换，找出信号的奇异点，对结构的损伤时间进行识别。研究了小波分析方法在不同杆件损伤，不同损伤方式和不同信噪比的噪声干扰下的损伤预警效果，得到了一些有用的结论。最后，当结构发生损伤时，小波包能量会发生明显变化。根据这一性质，对信号进行小波包分析。构造小波包能量变化率指标，使用置信上限作为预警值。在损伤杆件的两端节点处，小波包能量变化率和置信上限的差值为正值，实现了单损伤和多损伤的损伤定位。分析了小波包能量变化率的数值大小与损伤程度之间的关系以及测量噪声对损伤指标的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 海洋平台健康监测方法的研究现状

1．3 基于小波分析的结构损伤检测技术研究现状

1．4 本文研究内容和方案

第2章 基础理论

2．1 小波变换

2．1．1 连续小波变换

2．1．2 离散小波变换

2．2 多分辨率分析

2．2．1 多分辨率分析的思想

2．2．2 多分辨率分析的定义和性质

2．2．3 Mallat算法

2．3 小波变换奇异性检测原理

2．4 本章小结

第3章 海洋平台健康监测数据采集方案

3．1 数据采集内容

3．1．1 海洋平台环境载荷信息

3．1．2 海洋平台结构信息

3．2 数据采集方案

3．2．1 传惑器选型

3．2．2 海洋平台健康监测系统框架

3．3 信号的处理方法

3．3．1 信号去噪

3．3．2 信号分析流程

3．4 本章小结

第4章 基于小波分析的海洋平台损伤预警研究

4．1 海洋平台整体模型建立

4．1．1 平台概况

4．1．2 有限元建模

4．2 随机波浪力的数值模拟方法

4．2．1 五阶Stokes波浪理论

4．2．2 莫里森方程

4．3 海洋平台损伤预警

4．3．1 平台概况及环境参数

4．3．2 不同类型杆件损伤预警分析

4．3．3 不同损伤方式的预警分析

4．3．4 噪声对损伤预警的影响

4．4 本章小结

第5章 基于小波包能量变化率的海洋平台损伤定位研究

5．1 小波包分解与能量变化率指标

5．1．1 小波包分解

5．1．2 小波包能量变化率指标

5．2 海洋平台损伤定位

5．2．1 平台概况及环境参数

5．2．2 单损伤定位

5．2．3 多损伤定位

5．2．4 损伤程度分析

5．2．5 噪声影响分析

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间参加的科研项目

致谢

研究生履历