基于小波分析的海洋平台结构损伤检测技术研究

摘要

由于海洋平台结构长期服役在恶劣的海洋环境中，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，使结构的承载能力下降，严重时将给生命财产造成巨大的损失。因此，对海洋平台结构进行损伤检测有着十分重要的现实意义。基于振动响应的海洋平台损伤检测方法是一种全局性损伤检测方法，与传统的损伤检测方法相比较，其应用简单，成本较低，具有十分广阔应用前景。
　　 本文系统的总结了国内外有关基于振动响应的结构损伤检测方法，对其研究现状、研究成果及存在的问题做了较为全面的论述。并阐述了小波分析的基本原理、发展历程及其应用于时频分析的优势。结合之前有关小波分析的研究成果，对小波分析应用于损伤检测领域进行了进一步的研究。
　　 基于小波分析具有良好的局部分析特点，对一海洋平台有限元模型进行了损伤检测研究，针对不同类型杆件损伤、不同位置杆件损伤、不同程度的噪声污染以及不同方向振动响应信号情况下，研究了海洋平台结构的损伤检测问题，得到了一些有用的结论。
　　 本文提出了基于小波细节信号结点能量的海洋平台结构损伤检测方法。由于在利用db小波进行小波分解的过程中发现分解后的第二层细节信号对海洋平台的局部损伤比较敏感等原因，选择了第二层细节信号结点能量作为概率神经网络的输入量。利用海洋平台模型不同节点位置的加速度信号，经小波变换提取分解后的第二层细节信号，并在时间轴上进行能量统计得到细节信号能量，将其作为概率神经网络的输入，输出定义为距离发生损伤最近的桩腿号。为了验证基于小波细节信号结点能量的海洋平台结构损伤检测方法的有效性，对一海洋平台模型进行了数值计算和物理实验，结果表明，基于小波细节信号结点能量的海洋平台损伤检测方法可以应用于对海洋平台结构的损伤检测，并研究了噪声、激励力的大小与方向对损伤检测的影响，发现：该方法具有一定的抗噪能力；激励力的大小对损伤识别的结果没有影响；激励力的方向对该方法的损伤识别结果具有很大的影响，所以就要求在实际海洋平台测试中实时的记录激励力的作用方向，而不需要记录激励力的具体大小。