基于结构振动的海洋平台整体无损检测方法技术

本发明专利技术涉及一种海洋平台无损检测方法，是一种基于结构振动的海洋平台整体无损检测方法。包括以下步骤，Ｓ１．在海洋平台的水上部分选取若干结点，基于模态置信度矩阵准则，并通过二重结构编码遗传算法，最终确定传感器的安装位置；Ｓ２．信号采集，海上有风浪时，可采集环境条件引起的振动响应信号；如果海上风平浪静，采用人工激励方法使海洋平台产生振动并采集该振动响应信号；Ｓ３．采用改进的ＣＨＣ遗传算法对采集到的数据进行分析处理，完成损伤诊断。本发明专利技术进行海洋平台无损检测，传感器数量少，水下结构不需要安装传感器，因此，检测工作量和工作难度小，抗噪声干扰能力强，方法的鲁邦性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海洋平台无损检测方法，特别是涉及一种基于结构振动的 海洋平台整体无损检测方法。
技术介绍
海洋平台，工作环境恶劣，易发生正常的疲劳破坏和意外的事故破坏，因 此需定期对其结构进行无损安全检测。海洋平台的主体结构是导管架，因此海 洋平台的安全检测主要是检测导管架有无损伤(裂纹)发生，但是导管架的大 部分结构在水下，水面上只有很小的一部分，由于腐蚀和结构承载特点，海洋 平台的导管架破坏主要发生在水下部分，因此，海洋平台的安全检测主要是针 对导管架的水下部分进行的，这就造成检测难度大，成本高的问题。不仅如此， 由于无法判断海洋平台是否已有损伤发生，以及发生损伤的位置，往往要对一 个庞大的海洋平台结构进行全面的无损检测，但是很难实现的。目前，海洋平台的定期安全检测主要采取目测和局部无损检测的方法，如 水下超声波探伤和水下射线探伤，顺序地检测每一条焊缝。采用这些局部的无 损检测方法，必须动用潜水员，专用仪器设备和水面工作船，且工作量大，检 测周期长， 一次的检测成本较高。并且，水下检测要求潜水员要掌握无损检测 技术，不仅检测周期长，且检测结果取决于操作人员的技术水平，漏检和误检 的概率较大。结构损伤识别或诊断方法是一种无损检测方法，该技术也属于振动检测方法，主要是通过识别结构的物理参数(刚度)来判断结构是否发生损伤，采用 此方法进行结构损伤识别或诊断时需要在结构的每个结点安装三个传感器，通 过分析这些传感器的振动信号来识别结构的物理参数，该方法主要用于陆地上 的结构，如用于海洋平台则需要在平台建造阶段将传感器封装就位，并不再拆 卸。因此，传感器不能反复使用，不仅成本高，且给平台的建造安装造成困难， 延长了平台建造和安装周期。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是解决海洋平台整体无损检测难度大，成本高 的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是提供一种基于结构振 动的海洋平台整体无损检测方法，包括以下步骤51、 传感器的优化配置，在海洋平台的水上部分选取若干结点并经过寻优 计算最终确定传感器的安装位置，将若干压电式加速度传感器固定在所述安装 位置；52、 信号的采集，海上有风浪时，可采集环境条件引起的振动响应信号， 每个数据段的采集长度大于5分钟，数据段的采集数量大于3;如果海上风平 浪静，采用人工激励方法使海洋平台产生振动并采集该振动响应信号；53、 对采集到的数据进行分析处理，完成损伤诊断； 其中，Sl步骤中，传感器优化配置中的寻优计算基于模态置信度矩阵准则，并通 过二重结构编码遗传算法进行；S3步骤中，对采集到的数据处理采用改进的CHC遗传算法。上述方案中，步骤S1中模态置信度矩阵准则的计算公式为 式中MACij表示相应两模态向量的交角状况， A和(Dj别为第i阶和第j阶不完备模态向量。进一步地，二重结构编码遗传算法在搜索进化的过程中用适应度来评估串或解群的优劣，适应度满足以下公式-F"(/(x)) = 1 _ /(x) /(x)=ma^g)(/^)式中X表示传感器配置方案，f(X)表示不同传感器配置方案引起的模态向量之间的交角变量，maxMAc表示不同阶模态向量之间交角的最大值，i、 j表示模态向量阶数。步骤S3中改进的CHC算法包括选择算法改进、交叉算法改进和变异算法 改进。所述选择算法改进是指简化了跨世代精英选择步骤，将上世代的种群与交 叉产生的个体群混合起来，从中选取较优的个体，即将父代与子代按适应度大 小排序后，选出适应度大的个体作为新一代种群。所述交叉算法改进是指采用多点交叉的方法，根据设定的交叉概率，随机 地从种群中挑选个体进行交叉操作，交叉位置可无重复随机地选择，在交叉点 之间的变量间续地相互交换，产生两个新的后代，但在第一位变量与第一个交叉点之间的一段不作交换。所述变异算法改进是指在进化初期不进行变异操作，只有当海明距离d<0 吋，种群才进行变异，根据事先设定的变异概率，随机选出相应位置进行变异， 并从当前种群中按适应度从大到小选取合适的个体与变异后的个体组合形成 新的子代，当父代种群中个体相同数超过某一规定阀值时，则令种群中部分个 体初始化，初始化方法同CHC算法。本专利技术，基于模态置信度矩阵准则，并通过二重结构编码遗传算法对传感 器进行优化配置，传感器安装在平台的水上部分，采用的仪器也是常规的振动 测试仪器，整个检测工作可在平台甲板上进行，不需要作业船只，大大减小了检测的工作量和作业难度。通过ICHC遗传算法分析结构的振动信号，从而判 断结构是否发生损伤，如果发生损伤，则诊断出损伤的具体位置，并给出损伤 程度的估计。这样，平台管理人员就可以根据该方法给出的检测信息来决定是 否需要作进一步的局部无损检测，或确定进一步进行局部无损检测的具体位 置。从而大大降低了海洋平台安全检测的盲目性，大大减少了局部无损检测的 工作量。本专利技术实现了少量传感器的振动信息来诊断结构损伤，与现有最相近 的实现方案相比，需要的传感器数量少，无需在海洋平台的水下部分安装传感 器，工作量小，工作难度降低。 附图说明图l为本专利技术的结构示意图2为采用本专利技术方法进行检测时传感器配置图； 图3为海洋平台损伤检测结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作出详细的说明。本专利技术提出的方法是，其关键 技术在于基于二重结构编码遗传算法的传感器优化配置方法和基于振动信号 处理的ICHC遗传算法识别结构变异并诊断损伤。通过二重结构编码遗传算法 对传感器的位置进行分析，不仅解决了水下安装传感器的问题，而且使传感器 的数量大大减少。本专利技术包括以下步骤。51、 传感器的优化配置，在海洋平台的水上部分选取若干结点并经过寻优 计算最终确定传感器的安装位置，将若干压电式加速度传感器固定在所述安装位置；52、 信号的采集，海上有风浪时，可采集环境条件引起的振动响应信号，每个数据段的采集长度大于5分钟，数据段的采集数量大于3;如果海上风平浪静，采用人工激励方法，比如使用船拉，拉力大小根据具体平台计算，拉力控制采用限力器，使海洋平台产生振动并采集该振动响应信号；53、 对采集到的数据进行分析处理，完成损伤诊断；在S1步骤中，传感器的优化配置是指根据给定的传感器数量(可根据用 户的条件，传感器的多少、测试仪器的能力等确定)，基于模态置信度(Modal Assurance Criterion,縮写为MAC)矩阵准则，通过二重结构编码遗传算法对给 定数量的传感器进行优化配置，确定传感器安装的具体位置。下面再进一步地 具体描述如下1、 MAC矩阵准则由结构动力学原理可知，结构完备的模态向量是一组正交向量，但实际工程中，由于可测自由度的限制，很难得到完备的模态向量，同时，由于噪声的 影响，实际得到的非完备模态向量是不满足正交条件的，在极端的情况下，还 会因为模态向量间的空间交角过小而在识别过程中丢失模态。因此，在选择测 点时有必要使量测的模态向量保持较大的空间交角，从而尽可能地把结构的动 力特性最大限度地保留下来。模态置信度(Modal Assurance Criterion,縮写为MAC)矩阵是评价模态向量空 间交角的一个很好的工具，其表达公式为，jl^4Cu ^ :::」;一 (1)式中-MACij表示相应两模态向本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于结构振动的海洋平台整体无损检测方法，其特征在于包括以下步骤：　Ｓ１、传感器的优化配置，在海洋平台的水上部分选取若干结点并经过寻优计算最终确定传感器的安装位置，将若干压电式加速度传感器固定在所述安装位置；　Ｓ２、信号的采集，海 上有风浪时，可采集环境条件引起的振动响应信号，每个数据段的采集长度大于５分钟，数据段的采集数量大于３；如果海上风平浪静，采用人工激励方法使海洋平台产生振动并采集该振动响应信号；　Ｓ３、对采集到的数据进行分析处理，完成损伤诊断；　 其中，　Ｓ１步骤中，传感器优化配置中的寻优计算基于模态置信度矩阵准则，并通过二重结构编码遗传算法进行；　Ｓ３步骤中，对采集到的数据处理采用改进的ＣＨＣ遗传算法。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄维平，刘娟，王晓燕，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]