本文關(guān)鍵詞：基于隨機(jī)子空間法的海洋平臺(tái)模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)研究　出處：《中國(guó)海洋大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴,且服役環(huán)境惡劣。為了避免重大惡性事故的發(fā)生,需要對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)進(jìn)行定期／不定期的檢測(cè)和安全評(píng)估。特別是服役中后期的海洋平臺(tái)及超期服役的平臺(tái),實(shí)施有效的健康檢測(cè)具有更加重要的意義�；诤Ｑ笃脚_(tái)振動(dòng)測(cè)試響應(yīng)的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行全面的檢測(cè),是一種全局檢測(cè)方法,其中模態(tài)參數(shù)的識(shí)別是該技術(shù)的基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。因此,準(zhǔn)確掌握海洋平臺(tái)模態(tài)參數(shù)顯得尤為重要。 早期的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法主要是基于頻域響應(yīng)的方法,但是由于頻域方法存在頻譜估計(jì)的局限性、頻譜泄漏等問題,所以目前模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法的發(fā)展趨勢(shì)是使用基于結(jié)構(gòu)時(shí)域振動(dòng)響應(yīng)的輸入-輸出或者輸出的模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法。其中復(fù)指數(shù)法(PRONY)、特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法(ERA)、隨機(jī)子空間法(SSI)是在其他領(lǐng)域中模態(tài)識(shí)別效果較好的幾種方法。 本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有典型時(shí)域方法(復(fù)指數(shù)法(PRONY)、特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法(ERA)、隨機(jī)子空間法(SSI))的性能比較,旨在發(fā)展一套有效的海洋平臺(tái)模態(tài)參數(shù)精確識(shí)別技術(shù)。研究了有效獲取結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)的方法,通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)和協(xié)方差驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/cov)差異性以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)Hankel矩陣與噪聲關(guān)系的深入研究完善了現(xiàn)有的模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù),為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)和安全評(píng)價(jià)提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。主要研究工作如下： 1.在不同激勵(lì)方式(沖擊激勵(lì)、張拉激勵(lì)以及白噪聲激勵(lì))下分別對(duì)比復(fù)指數(shù)法(PRONY)、特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法(ERA)和隨機(jī)子空間法(SSI/data和SSI/cov),證明了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)能夠適用于不同激勵(lì)下的模態(tài)參數(shù)識(shí)別,而且模態(tài)識(shí)別能力最強(qiáng)。 2.傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)和協(xié)方差驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/cov)無(wú)論在理論上還是實(shí)際應(yīng)用中都是一致的。通過(guò)蒙特卡洛試驗(yàn)、函數(shù)試驗(yàn)分別證明了協(xié)方差驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/cov)識(shí)別模態(tài)數(shù)目少和模態(tài)參數(shù)估計(jì)精度不高等缺點(diǎn),數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)有更強(qiáng)的模態(tài)識(shí)別能力：消噪能力強(qiáng)、準(zhǔn)確識(shí)別臨近模態(tài)、模態(tài)估計(jì)結(jié)果精度高等。繼而從理論上分析了兩種方法存在差異的原因：數(shù)據(jù)有限性和QR分解算法,并通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。 3.深入研究了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data),推導(dǎo)了Hankel矩陣的構(gòu)建方式與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法的消噪能力的關(guān)系式。提出了一套數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data) Hankel矩陣維數(shù)的評(píng)估方法,即歸一化奇異值曲線、穩(wěn)定圖和有限元模態(tài)結(jié)果相結(jié)合的方式。分別利用數(shù)值算例和模型試驗(yàn)檢驗(yàn)了該方法的有效性,研究表明：數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)的Hankel矩陣應(yīng)設(shè)置成非方陣。為今后數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)的有效使用提供了參考和指導(dǎo)。 4.基于海洋平臺(tái)物理模型多激勵(lì)(沖擊激勵(lì)、張拉激勵(lì)以及白噪聲激勵(lì))試驗(yàn)和渤海某平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)等振動(dòng)響應(yīng)數(shù)據(jù),系統(tǒng)地證明了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)子空間法(SSI/data)在海洋平臺(tái)模態(tài)參數(shù)識(shí)別中的適用性和優(yōu)越性。同時(shí)驗(yàn)證了激勵(lì)方式與海洋平臺(tái)模態(tài)之間的關(guān)系。
[Abstract]:Ocean platform structure is complex , cost is expensive , and service environment is bad . In order to avoid the occurrence of major vicious accidents , it is necessary to carry out regular / irregular inspection and safety assessment of offshore platform structure in service period . The early modal parameter identification method is mainly based on the frequency domain response method , but because of the limitation of spectral estimation and frequency spectrum leakage in the frequency domain method , the development trend of the present modal parameter identification method is to use the input - output or the output modal parameter identification method based on the structural time domain vibration response . The complex exponential method ( PRONY ) , the characteristic system realization method ( ERA ) and the random subspace method ( SSI ) are several methods in other fields . In this paper , by comparing the performance of existing typical time domain method ( PRONY ) , characteristic system realization method ( ERA ) and random subspace method ( SSI ) , this paper aims at developing a set of effective method of modal parameter identification of offshore platform . The research on the effective acquisition structure modal parameters provides theoretical basis and technical support for further structural health detection and safety evaluation . 1 . In different modes of excitation ( shock excitation , tension excitation and white noise excitation ) , the complex exponential method ( PRONY ) , the characteristic system realization method ( ERA ) and the random subspace method ( SSI / data and SSI / cov ) are respectively compared . It is proved that the data - driven random subspace method ( SSI / data ) can be applied to the modal parameter identification under different excitation , and the modal identification capability is strongest . 2 . It is believed that the data - driven random subspace method ( SSI / data ) and the covariance - driven random subspace method ( SSI / cov ) are consistent both in theory and in practical application . 3 . The data - driven random subspace method ( SSI / data ) is deeply researched , and the relation between the construction mode of Hankel matrix and the denoising capacity of the data - driven random subspace method is derived . A set of data - driven random subspace method ( SSI / data ) Hankel matrix dimension evaluation method is presented , which is the normalized singular value curve , the stability graph and the finite element modal result . The results show that the Hankel matrix of the data - driven random subspace method ( SSI / data ) should be set into a non - square matrix . 4 . The applicability and superiority of the data - driven stochastic subspace method ( SSI / data ) in the recognition of the modal parameters of the offshore platform are systematically demonstrated based on the multi - excitation ( shock excitation , tension excitation and white noise excitation ) test of the ocean platform physical model and the field measurement of a certain platform in the Bohai Sea .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：P742;TU317

【引證文獻(xiàn)】

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1 包興先;基于模型定階和信號(hào)消噪的海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

2 張敏;固定式海洋結(jié)構(gòu)模型轉(zhuǎn)換與動(dòng)力特性研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

3 李萍;海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)識(shí)別的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2011年

4 全偉;大跨橋梁多維多點(diǎn)地震反應(yīng)分析研究[D];大連理工大學(xué);2008年

5 劉方成;土—結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用非線性分析及基于SSI效應(yīng)的結(jié)構(gòu)隔震研究[D];湖南大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：1414403