基于模態(tài)參數(shù)識別的海洋平臺結構模型修正技術研究.pdf

1、海洋平臺結構長期服役在惡劣的海洋環(huán)境中,其安全性和耐久性極其重要,一旦發(fā)生事故,不僅造成巨大的經濟損失和人員傷亡,而且造成環(huán)境污染、生態(tài)破壞等不良后果。為了保障海洋平臺結構的安全服役,避免重大的惡性事故發(fā)生,必須對海洋平臺結構在服役期內進行安全與壽命評估。
　　一個反映實際結構的評估模型是進行海洋平臺結構安全評估的基礎,但是按照原始設計資料建立的模型與現(xiàn)役結構之間往往存在誤差,解決這一問題的常用手段是模型修正技術。然而傳統(tǒng)的模型修

2、正方法多存在一些缺點(如矩陣型方法無法保持系統(tǒng)矩陣的對稱性、稀疏性和正定性,使得修正后模型缺乏物理意義;而基于靈敏度的設計參數(shù)型方法多需要進行迭代求解,計算負擔較重),很難應用于大型的海洋平臺結構中。而交叉模型交叉模態(tài)(CMCM)方法不僅能彌補傳統(tǒng)方法的不足,且具有其它諸多優(yōu)點,因此更有希望應用于海洋平臺結構的模型修正中。
　　海洋工程結構通常比較復雜,建模的不確定性較多,但受測試條件的限制,實測信息往往非常有限,且受到噪聲的干擾

3、,這使得模型修正方法在實際工程中的應用受到了很大的限制,其中亟待解決的問題有;1)修正參數(shù)的選擇;2)模型修正病態(tài)系統(tǒng)的求解;3)節(jié)點及邊界條件的修正等。而CMCM方法要推向實際應用也面臨著以上難題。
　　本文結合海洋平臺結構的特點,在國內外有關研究成果的基磁上對CMCM方法在實際應用中所面臨的難點問題進行了較為深入的研究,具體包括以下內容:
　　1.從靈敏度分析的角度,研究了修正參數(shù)的優(yōu)化選擇問題,提出了一個基于靈敏度分級

4、的多階段模塑修正方法。通過對初選修正參數(shù)進行靈敏度分析,并排序分級,可以優(yōu)選修正參數(shù),一定程度上改善了修正方程的病態(tài)性:通過對排列分級的修正參數(shù)逐級求解,可以提高低靈敏度參數(shù)修正求解的精度。通過一導管架平臺結構數(shù)值算例驗證了該方法的可行性。2.大型結構的模型修正求解問題多呈現(xiàn)不同程度的病態(tài),實測數(shù)據的微小誤差都會造成解的振蕩。本文研究了測量噪聲影響下模型修正病態(tài)系統(tǒng)的求解問題。將數(shù)學上常用的正則化方法引入到了CMCM方法的求解中,并通過

5、數(shù)值算例探討了正則化求解的適用性;通過得出的適用性條件研究了CMCM方法的噪聲魯棒性。結果顯示,適當?shù)恼齽t化方法可以有效的解決模型修正病態(tài)系統(tǒng)的求解問題,但需要判斷其可解條件－離散Picard條件;另外,在滿足修正目的條件下,較少的CMCM方程將呈現(xiàn)更好的噪聲魯棒性。
　　3.將CMCM方法發(fā)展到了約束邊界和樁基邊界這兩種典型邊界條件的模型修正中。對于通常沒有任何振型信息的邊界單元,提出僅用頻率信息對其進行修正,避免了上部結構的振

6、型誤差對邊界處修正結果的影響;并采用本文提如的多階段模型修正方法實現(xiàn)了對上部結構和邊界條件的整體修正,從而避免了同時修正中的病態(tài)問題。數(shù)值算例和試驗算例驗證了該方法的可行性。
　　4.通過一導管架平臺縮尺模型試驗驗證了本文提出的基于靈敏度分級的多階段模型修正方法和基予正則化求解的CMCM方法具有一定的工程實用性。本文的研究成果在一定程度上解決了模型修正技術在實際工程應用中的難點問題,將CMCM方法從理論層面向工程應用層面推進了一步