基于结构应力监测结果的数值反演分析方法技术

本发明专利技术提供一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，包括步骤：S1：选定多个应力监测点，在应力监测点附近施加局部载荷，并测量计算获得应力监测点处的实测结构应力变化值；S2：选取结构对象并建立有限元网格；S3：选定一初始边界载荷；S4：计算在初始边界载荷下的各应力监测点的应力；S5：对应力与结构应力变化关系式进行参数回归，获得结构对象的边界载荷的初步数值模型；S6：检验并校准初步数值模型，获得一最终数值模型。本发明专利技术的一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，有效发挥数值计算和现场实测方法两方面的优势，获取测点的初始应力，为海洋平台的结构应力长期监测提供指导。

NUMERICAL INVERSION ANALYSIS METHOD BASED ON STRUCTURAL STRESS MONITORING RESULTS

The invention provides a numerical inversion analysis method based on the results of structural stress monitoring, including steps: S1: selecting multiple stress monitoring points, applying local loads near the stress monitoring points, and measuring and calculating the measured structural stress changes at the stress monitoring points; S2: selecting structural objects and establishing finite element meshes; S3: selecting an initial boundary load; S4: calculating the stress changes at the stress monitoring points. The stress of each stress monitoring point under initial boundary load; S5: Regression of the relationship between stress and structural stress to obtain the initial numerical model of the boundary load of the structural object; S6: Check and calibrate the initial numerical model to obtain the final numerical model. The present invention is based on a numerical inversion analysis method of structural stress monitoring results, which effectively exerts the advantages of both numerical calculation and field measurement methods, obtains the initial stress of measurement points, and provides guidance for long-term structural stress monitoring of offshore platforms.

【技术实现步骤摘要】
基于结构应力监测结果的数值反演分析方法
本专利技术涉及船舶或海洋平台结构应力监测领域，尤其涉及一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法。
技术介绍
船舶或海洋平台结构应力监测可以获得平台关键位置应力变化的第一手资料，对于分析海洋平台的安全运行状态发挥重要作用。平台测点位置处的初始应力对于评估平台运营过程中的节点应力安全非常关键。然而，由于在船舶建造过程中对板材施加的应变片存活率低，船舶建造完成后板材又会承受局部载荷导致很难准确获得关键节点处的初始应力。在常规的数值分析计算时，首先通过计算海洋平台在外载荷作用下的整体变形，再通过整体模型与局部较大结构模型的连接节点传递局部模型的边界条件。但是，这样处理存在两个缺陷：1)结构物整体建模进行有限元计算工作量非常大；2)结构物在建造焊接以及日晒夜露和时间老化作用下结构形状逐渐变化，产生了不可逆的塑性变形。因为以上两个缺陷的存在，如果需要得到精确的局部边界条件，单纯采用数值计算获得节点处的初始应力的方法是不可取的。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，通过数值手段反演结构应力现场实测结果，有效发挥数值计算和现场实测方法两方面的优势，获取测点的初始应力，为海洋平台的结构应力长期监测提供指导。为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，包括步骤：S1：在一海洋平台上选定多个应力监测点，在所述应力监测点附近施加局部载荷，并测量计算获得所述应力监测点处的实测结构应力变化值；S2：选取结构对象并建立有限元网格；S3：对所述结构对象施加一初始边界载荷，并根据所述海洋平台的受力状态确定所述海洋平台的边界应力的主要方向和载荷水平，选定一初始边界载荷；S4：计算在所述初始边界载荷下的各所述应力监测点的实测初始应力；S5：根据预设的一初始应力与结构应力变化值的关系式计算获得理论结构应力变化值；对所述初始应力与结构应力变化值的关系式进行参数回归，直至所述理论结构应力变化值与所述实测结构应力变化值一致，获得所述结构对象的边界载荷的初步数值模型；S6：检验并校准所述初步数值模型，获得一最终数值模型。优选地，所述S1步骤中：通过结合结构有限元分析计算和现场勘查的方式，选定所述海洋平台上结构应力相对其他位置较高的多个位置作为所述应力监测点。优选地，所述S1步骤中，保持所述海洋平台整体处于静平衡状态，在所述应力监测点附近施加局部载荷，测量各所述应力监测点处的应力变化值，根据所述应力变化值计算获得所述实测结构应力变化值。优选地，所述S2步骤中：选取离所述应力监测点位置三个桁档的距离范围内的区域为所述结构对象，并在所述海洋平台上建立所述有限元网格，所述有限元网格包括多个网格单元，所述网格单元的分布密度向远离所述应力监测点的方向逐渐稀疏。优选地，所述S4步骤中，利用所述有限元网格和所述初始边界载荷，计算获得各所述应力监测点的应力。优选地，所述S5步骤中，采用智能优化算法对所述初始应力与结构应力变化值的关系式进行参数回归。优选地，所述初始应力与结构应力变化值的关系式设置有一误差允许因子。优选地，所述S6步骤中，随机选择多个所述海洋平台的受力状态，并利用所述初步数值模型进行数值计算，并将计算结果与实测结果进行对比，检验并校准所述初步数值模型，获得所述最终数值模型。优选地，所述智能优化算法包括：机器学习、遗传算法和神经网络算法。本专利技术由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：通过最终数值模型的建立，可在海洋平台的任意服役阶段(建造前、建造后、进坞、出坞阶段等)进行，不受传统方法须在平台建造前布设应变传感器的限制，方法简单方便、采集周期短，不会对平台施工造成影响。同时，可有效发挥数值计算和现场实测方法两方面的优势，获取测点的初始应力准确性高。附图说明图1为本专利技术实施例的基于结构应力监测结果的数值反演分析方法的流程图；图2为本专利技术实施例的海洋平台应力监测点区域的部分结构示意图。具体实施方式下面根据附图1和图2，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本专利技术的功能、特点。请参阅图1和图2，本专利技术实施例的一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，包括步骤：S1：在一海洋平台1上选定多个应力监测点2，在应力监测点2附近施加局部载荷FLj，并测量计算获得应力监测点2处的实测结构应力变化值φij；i为小于等于应力监测点数量的自然数；j为小于等于施加的局部载荷总数的自然数。本实施例中，S1步骤中：通过结合结构有限元分析计算和现场勘查的方式，选定海洋平台1上结构应力相对其他位置较高的多个位置作为应力监测点2。保持海洋平台1整体处于静平衡状态，在应力监测点2附近施加局部载荷，测量各应力监测点2处的应力变化值，根据应力变化值计算获得实测结构应力变化值。S2：选取结构对象并建立有限元网格。本实施例中，选取离应力监测点2位置三个桁档的距离范围内的区域为结构对象，并在海洋平台1上建立有限元网格，有限元网格包括多个网格单元，网格单元的分布密度向远离应力监测点2的方向逐渐稀疏。S3：对结构对象施加一初始边界载荷，并根据海洋平台1的受力状态确定海洋平台1的边界应力的主要方向和载荷水平，选定一初始边界载荷FB0。S4：计算在初始边界载荷FB0下的各应力监测点2的实测初始应力e0。本实施例中，利用有限元网格和初始边界载荷FB0，计算获得各应力监测点2的应力e0。S5：根据预设的一初始应力与结构应力变化值的关系式计算获得理论结构应力变化值；对初始应力与结构应力变化值的关系式进行参数回归，直至理论结构应力变化值与实测结构应力变化值一致，获得结构对象的边界载荷的初步数值模型。采用智能优化算法对初始应力与结构应力变化值的关系式进行参数回归。初始应力与结构应力变化值的关系式设置有一误差允许因子。S6：检验并校准初步数值模型，获得一最终数值模型。随机选择多个海洋平台1的受力状态，并利用初步数值模型进行数值计算，并将计算结果与实测结果进行对比，检验并校准初步数值模型，获得最终数值模型。智能优化算法包括：机器学习、遗传算法和神经网络算法。本专利技术实施例的一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，可根据校准的最终数值模型，方便地计算应力监测点2的初始应力状态，为海洋平台1结构的长期监测提供参考。本专利技术实施例的一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，具有如下有益效果：1、可在海洋平台1的任意服役阶段(建造前、建造后、进坞、出坞阶段等)进行，不受传统方法须在平台建造前布设应变传感器的限制，方法简单方便、采集周期短，不会对平台施工造成影响。2、有效发挥数值计算和现场实测方法两方面的优势，获取测点的初始应力准确性高。以上结合附图实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本专利技术做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本专利技术的限定，本专利技术将以所附权利要求书界定的范围作为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，包括步骤：S1：在一海洋平台上选定多个应力监测点，在所述应力监测点附近施加局部载荷，并测量计算获得所述应力监测点处的实测结构应力变化值；S2：选取结构对象并建立有限元网格；S3：对所述结构对象施加一初始边界载荷，并根据所述海洋平台的受力状态确定所述海洋平台的边界应力的主要方向和载荷水平，选定一初始边界载荷；S4：计算在所述初始边界载荷下的各所述应力监测点的实测初始应力；S5：根据预设的一初始应力与结构应力变化值的关系式计算获得理论结构应力变化值；对所述初始应力与结构应力变化值的关系式进行参数回归，直至所述理论结构应力变化值与所述实测结构应力变化值一致，获得所述结构对象的边界载荷的初步数值模型；S6：检验并校准所述初步数值模型，获得一最终数值模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，包括步骤：S1：在一海洋平台上选定多个应力监测点，在所述应力监测点附近施加局部载荷，并测量计算获得所述应力监测点处的实测结构应力变化值；S2：选取结构对象并建立有限元网格；S3：对所述结构对象施加一初始边界载荷，并根据所述海洋平台的受力状态确定所述海洋平台的边界应力的主要方向和载荷水平，选定一初始边界载荷；S4：计算在所述初始边界载荷下的各所述应力监测点的实测初始应力；S5：根据预设的一初始应力与结构应力变化值的关系式计算获得理论结构应力变化值；对所述初始应力与结构应力变化值的关系式进行参数回归，直至所述理论结构应力变化值与所述实测结构应力变化值一致，获得所述结构对象的边界载荷的初步数值模型；S6：检验并校准所述初步数值模型，获得一最终数值模型。2.根据权利要求1所述的基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，其特征在于，所述S1步骤中：通过结合结构有限元分析计算和现场勘查的方式，选定所述海洋平台上结构应力相对其他位置较高的多个位置作为所述应力监测点。3.根据权利要求2所述的基于结构应力监测结果的数值反演分析方法，其特征在于，所述S1步骤中，保持所述海洋平台整体处于静平衡状态，在所述应力监测点附近施加局部载荷，测量各所述应力监测点处的应力变化值，根据所述应力变化值计算获得所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建民，徐胜文，李欣，寇雨丰，刘晓雷，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31