一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及系统技术方案

本申请涉及一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及系统，涉及海工平台技术领域，该方法包括以下步骤：获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；将各泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值任意组合，计算获得对应的各理论结构应力；选取一时间段，当时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；计算获得结构应力分布情况，结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。本申请对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及系统
本专利技术涉及海工平台
，具体涉及一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及系统。
技术介绍
海工平台长期远离陆地，具有“孤岛式”运行的特点，故障处理不当会造成严重的社会影响，并且服役周期约几十年，海上维修费用昂贵，严重影响其运行经济性。疲劳破坏是海工支撑结构的主要破坏模式之一，因此准确地诊断海工支撑结构的疲劳状态，对于其结构优化设计和安全分析具有重大的意义。海工支撑结构的疲劳现象受到大量不确定因素的影响，传统的诊断方法是进行疲劳累积损伤分析，即根据弹性力学方程与有限元分析计算海工支撑结构的所有节点应力，依据材料疲劳S-N曲线对高应力区进行插值计算，预测结构体的疲劳寿命。因此，海工支撑结构疲劳诊断的核心，在于建立高精度的海工支撑结构应力分布。目前，传统的海工支撑结构疲劳诊断方法仍然是基于传统经验进行单一模型分析，而按照实时测量应力方式，传感器布置数量有限，两者精确度仍然有限，难以满足适应复杂海洋环境的海工支撑结构疲劳分析需求。因此，为了满足现阶段的使用需求，现提供一新的海工支撑结构疲劳分析技术方案。
技术实现思路
本申请实施例提供一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及系统，对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。第一方面，提供了一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，所述方法包括以下步骤：对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；选取一时间段，当所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将所述理论结构应力对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。具体的，所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围，获得多个泊松比阈值子范围、弹性模量子阈值范围以及剪切模量阈值子范围，具体包括以下步骤：选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值。具体的，海工支撑结构的泊松比记作μ，所述泊松比阈值范围为【μa，μb】；海工支撑结构的弹性模量记作E，所述弹性模量阈值范围为【Ea，Eb】；海工支撑结构的剪切模量记作G，所述剪切模量阈值范围为【Ga，Gb】；选定经验参数个数为n+1，根据所述经验参数个数分别对所述泊松比阈值范围、所述弹性模量阈值范围以及所述剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分；多个所述泊松比阈值子数值分别为μa，多个所述弹性模量阈值子数值分别为Ea，多个所述剪切模量阈值子数值分别为Ga，所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值进行任意组合，每个经验参数有(n+1)种形式，共有(n+1)3种组合方式。进一步的，所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理之前，所述方法还包括以下步骤：实时监测海工支撑结构各监测点的测量结构应力、支撑边界应力以及支撑边界位移。具体的，所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：所述时间段对应的所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：其中，ta～tb为对应的时间段，f(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的所述测量结构应力，f(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的所述测量结构应力，f(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的所述测量结构应力；f'(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的所述理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的所述理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的所述理论结构应力。具体的，利用预设的第一应力传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的测量结构应力，利用预设的第二应力传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的支撑边界应力，利用预设的位移传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的支撑边界位移。具体的，所述支撑边界应力包括：fx(t)、fy(t)和fz(t)；所述fx(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的测量结构应力；所述fy(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的测量结构应力；所述fz(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的测量结构应力。具体的，所述支撑边界位移包括：u(t)、v(t)、w(t)；所述u(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的支撑边界位移；所述v(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的支撑边界位移；所述w(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的支撑边界位移。第二方面，提供了一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析系统，所述系统包括：参数分割单元，其用于对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；理论结构应力计算单元，其用于将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；最佳经验参数组获取单元，其用于选取一时间段，确定在所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；疲劳分析单元，其用于根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。具体的，所述最佳经验参数组获取单元，其具体用于选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；/n将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；/n选取一时间段，当所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将所述理论结构应力对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；/n根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
选取一时间段，当所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将所述理论结构应力对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。


2.如权利要求1所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围，获得多个泊松比阈值子范围、弹性模量子阈值范围以及剪切模量阈值子范围，具体包括以下步骤：
选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值。


3.如权利要求2所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
海工支撑结构的泊松比记作μ，所述泊松比阈值范围为【μa，μb】；
海工支撑结构的弹性模量记作E，所述弹性模量阈值范围为【Ea，Eb】；
海工支撑结构的剪切模量记作G，所述剪切模量阈值范围为【Ga，Gb】；
选定经验参数个数为n+1，根据所述经验参数个数分别对所述泊松比阈值范围、所述弹性模量阈值范围以及所述剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分；
多个所述泊松比阈值子数值分别为μa，
多个所述弹性模量阈值子数值分别为Ea，
多个所述剪切模量阈值子数值分别为Ga，
所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值进行任意组合，每个经验参数有(n+1)种形式，共有(n+1)3种组合方式。


4.如权利要求1所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于，所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理之前，所述方法还包括以下步骤：
实时监测海工支撑结构各监测点的测量结构应力、支撑边界应力以及支撑边界位移。


5.如权利要求1所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：



所述时间段对应的所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：其中，
ta～tb为对应的时间段，f(p1,t)为第一个监测点z在对应时间点的所述测量结构应力，f(p2,t)为第二个监测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹光明，吴国东，黄东，彭柳，李开宇，柴文婷，李元泰，周梓丞，
申请(专利权)人：武汉第二船舶设计研究所中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42