导管架平台损伤检测模拟的分析论文

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1、学位论文数据集中图分类号TP319TE952学科分类号46015论文编号1001020130699密级公开学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名罗潇斌学号2010000699获学位专业名称流体机械及工程获学位专业代码080704课题来源自拟研究方向导管架损伤检测论文题目导管架平台损伤检测的模拟分析关键词损伤识别海洋平台导管架ANSYS论文答辩日期2013．05．26论文类型应用研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师张杨副教授北京化工大学石油化工机械评阅人1张有忱教授北京化工大学机械设计及

2、摩擦学评阅人2赵惠清副教授北京化工大学化工过程机械徽员会拼张有忱教授北京化工大学机械设计及摩擦学答辩委员1李方俊副教授北京化工大学流体污染控制答辩委员2赵惠清副教授北京化工大学化工过程机械答辩委员3赵军副教授北京化工大学力学分析答辩委员4张连凯副教授北京化工大学机电工程答辩委员5张雅琴高工北京化工大学基础力学答辩委员6王琳副教授北京化工大学机电一体化中国矿业大学(北答辩委员7张唏教授矿山机械京)注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三。学科分类号在中华人民共和国国家标准

3、(GB／T13745—9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要导管架平台损伤检测的模拟分析导管架是海洋平台的基本结构中的一种，用来支撑平台上部结构，主要由中空管件构成。导管架长期在恶劣的环境条件下工作使之很有可能产生损伤缺陷，比较常见的如：海水流沙等环境造成的局部腐蚀、轮船碰撞造成的主腿局部弯曲以及细杆件的断裂等。因此，探索和发展导管架的损伤识别方法很有意义。结构损伤识别的方法分为局部法和整体法，本课题所涉及的模态方法都是基于振动参数的损伤识别方法，属于整体法的一种。现有的方法几乎都需要获取损伤

4、位置附近的数据才能顺利识别损伤，本课题探索的方法是通过选择和测取导管架水面以上远离损伤位置部分的节点处的模态，以此来识别水下较深的损伤。主要工作如下：根据渤海上常见的20米左右水深用的四腿固定式井口导管架平台图纸，使用有限元软件ANSYS自带的APDL语言和可以考虑水影响的PIPE59单元建立管架平台的1：1参数化有限元模型，根据实际情况设置环境载荷等边界条件，分析导管架在正常工况下的受力情况；调研海洋导管架几种常见的损伤，并用改变有限元模型中的单元几何参数的方法描述导管架在作业中常见的主腿局部腐蚀、主腿局部弯曲、细杆件的多个连续单元弯

5、曲等损伤情况；将前人提出的几种通过模态识别结构损伤的方法应用于本课题的导管架，提取完好的和存在损伤情况下的导管架振动模态数据进行计算，结果表明模态应变能和曲率模态差的方法识别效果好于位移模态差方法，曲北京化工大学硕士论文率模态差和模态应变能的方法均能较好识别损伤位置和损伤程度，但这几种方法的缺点是都需要获取损伤位置附近的模态；设置导管架水下部分不同位置的几种常见损伤，提取导管架水上部分或者水下较浅部分的振动模态数据，寻找在损伤位置变更的情况下几种模态参数(位移模态差、曲率模态等)的变化规律，研究发现结构下部损伤位置有规律的变化可导致结构

6、上部部分振动模态数据按一定规律变化，通过导管架结构两根主腿水面以上部分的模态应变能的比值可以初步识别损伤的主腿；为了实现通过导管架水面上的测试点来寻找水下导管架的损伤位置，选择导管架水上部分的远离损伤位置的敏感节点，分别测取完好的导管架模型和预先建立的存在损伤的模型对应敏感节点处的模态位移，并用来创建目标函数，利用ANSYS的优化功能去寻找某种对原完好导管架有限元模型进行修改后的模型，使其在敏感节点的测试数据与预先建立的存在损伤的模型对应敏感节点的数据趋于一致，从而实现识别导管架的损伤类型和损伤位置。计算结果表明当计算步数达到20000

7、时，对于单处损伤的情况，损伤位置以及损伤程度识别准确率平均可达到90％以上，对于两处损伤同时存在的情况，损伤位置以及损伤程度的平均识别准确率高于70％。关键词：损伤识别，海洋平台，导管架，有限元，模态，优化ABSll0～CTJACKETDAMAGEIDENTIFICATIoNBASEDoNANSYSoPTD江IZATIoNANALYSISABSTRACTJacketisthesupportstructureofoffshoreplatform．Itisconsistedofhollowlegs(pipes)．Iftheplatformh

8、asworkedinharshenvironmentforalongtime，itwouldtendstodamagejackets，forexample，corrosionledbyseawaterand