水下臍帶纜結構的動力回響分析及損傷診斷研究

《水下臍帶纜結構的動力回響分析及損傷診斷研究》是依託上海交通大學，由楊和振擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水下臍帶纜結構的動力回響分析及損傷診斷研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊和振
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本項目針對水下油氣生產系統的臍帶纜結構研究僅基於結構輸出動力回響且考慮溫度等隨機環境因素影響的互譜能損傷診斷方法。地震、颶風、恐怖攻擊等災害/災難發生後，水下臍帶纜結構安全狀況亟待評估；此外其服役過程中也需定期檢測。水下臍帶纜結構激勵力不易測試，隨機環境對損傷診斷存在影響，非線性特性顯著，且目前多數診斷方法因基於激勵力已知，基於質量歸一化理論模態，故在實際套用上存在著局限。這就要求發展考慮實際服役環境，並能從測試動力回響直接診斷臍帶纜結構損傷的方法，本研究將通過理論分析，數值模擬和實驗研究，研究新的互譜能量法結合隨機統計技術套用到臍帶纜結構的損傷診斷，該方法診斷損傷無需已知結構材料特性，無需系統參數識別，無需模型修正，僅基於結構可測試輸出動力回響即可識別損傷位置、評估損傷程度。研究主要目標是拓展互譜能量法套用於水下臍帶纜的線上檢測，達到提高結構可靠性，安全性以延長服役壽命，降低維修成本。

結題摘要

在國家自然科學青年基金資助下，本項目課題組在國內外學術刊物上研究中分別標註論文34篇，其中國際雜誌文章9篇，國核心心期刊文章17篇，SCI收錄12次，EI收錄23次。完成軟體著作登記3項。已培養研究生6名，正培養6名，取得可喜成績。本項目研究工作的創新內容如下： (1) 鑒於聚合物材料製作的臍帶纜彎曲加強器非線性特性顯著，傳統頻域疲勞分析方法已不適用，而疲勞強度是彎曲加強器設計關鍵難點，建立了彎曲加強器分析的數學模型，給出了基於數學模型的彎曲加強器疲勞分析方法。 (2) 對水下臍帶纜的海底穩定性的動態分析方法進行了探討，以實現更準確的臍帶纜水動力載荷的計算及更有效的臍帶纜的海床穩定性設計。研究表明了Fourier係數法在計算時變水動力載荷方面具有優勢，實現了臍帶纜海底穩定性動態分析的一般步驟，並得出了部分參數對臍帶纜海底穩定性的影響程度，有助於更好地進行臍帶纜海底穩定性設計。 (3)為了避免損傷診斷方法對模態參數的依賴，提出一種僅基於時域測試數據的損傷診斷方法。首先對振動信號進行標準化以消除載荷條件對信號的影響並利用ARMA模型擬合這些數據。其次通過自回歸係數構造距離判別函式並將歐幾里得距離定義為結構損傷定位指標。然後對一頂張力立管數值模型進行多損傷工況的仿真，提取加速度回響作為感測數據驗證所提出的模型。最後探討了隨機噪聲對損傷指標的影響。研究結果表明，該方法可以準確診斷出立管結構的損傷位置並有較強的抗噪聲能力。 所提的方法和研究結論可為深海臍帶纜設計提供參考。所有預期的項目指標都圓滿完成。