基于振动与声发射的海上平台管道振动疲劳损伤识别

作     者：王溥哲 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张学义

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：损伤识别 振动模态参数 声发射技术 神经网络 多模态融合 

摘      要：随着我国经济的不断发展,石油、天然气等能源作为工业生产的命脉,其需求量也在不断增加,然而逐渐枯竭的陆地油气资源,使得人们不得不加紧能源开发的脚步。海上油气生产平台是开采油、气资源,同时对油、气资源进行初步处理的重要设施,平台上分布着大量的工艺管道,在各设备间、平台与陆地间转运开采出来的油、气资源,是海洋油气产业的生命线。然而传统工艺管道设计是基于静力分析的,往往很少考虑管道的振动问题,长期的振动将会使管道产生振动疲劳破坏风险,因此对海上平台管道进行损伤检测是非常有必要的。对于处于真实环境中的海上平台油气管道系统结构来说,管道系统结构庞大,管线走向复杂,工作环境复杂且损伤检测往往需要在工作状态下进行,因此,本文开展了针对工艺管道振动疲劳损伤识别问题的研究,以基于振动的损伤识别与基于声发射的损伤识别为两条支线,并在此研究基础上,开展多模态融合的损伤识别研究,以提高裂纹定位的精度,主要内容如下:(1)开展了基于振动模态参数结合BP神经网络的海上平台管道损伤识别方法研究,以实尺度管道系统结构模型为研究对象开展试验,通过试验与仿真互补,获取大量损伤工况样本,对损伤识别方法进行验证。(2)针对BP神经网络训练时初始参数的不确定性导致的定位误差问题,采用遗传算法改进BP神经网络,并用相同的损伤工况样本对原始BP神经网络与遗传算法改进的BP神经网络进行训练并对损伤进行定位,对比两种方法的训练拟合效果与定位精度。(3)开展了基于声发射方法的海上平台管道损伤识别方法研究,将损伤识别分为信号特征识别与时差定位两步。开展海上平台管道噪声实测与实尺度管道系统结构声发射试验,在此基础上开展了信号分类研究,验证了基于EMD结合PNN概率神经网络的损伤识别方法。同时,通过试验数据进行了声发射疲劳裂纹定位,应用了基于BP神经网络修正时差法的疲劳裂纹定位方法。(4)针对疲劳裂纹定位的精度问题,在振动损伤识别与声发射损伤识别方法的基础上,提出了多模态融合损伤识别的方法,并利用试验数据对网络定位效果进行了验证,对比单一信息训练的BP神经网络的训练拟合效果与定位精度。