基于海洋平台的声发射传感器优化布设的研究
作为海上石油资源开发的大型基础性设施,海洋平台是海上生产作业和活动的基地,其所处的环境十分恶劣,很容易造成结构损伤,导致整个结构失效。海洋平台结构的失效破坏会直接危及平台上人员的生命安全,并造成重大经济损失和严重的海洋环境污染。对海洋平台状态的检测是海洋平台安全与防护的重要环节。声发射信号来自于材料本身的缺陷,运用声发射技术对海洋平台进行无损监测时,缺陷产生声发射信号被传感器接收,能够随时使工作人员及时掌握缺陷的发展变化情况,避免重大事故的发生,对提高海洋平台的安全性具有重要意义。 海洋平台结构的节点太多,传感器单价昂贵。从经济方面考虑,我们希望采用尽可能少的传感器获得全面的信息和精确的定位,因此,对传感器的最优数目选取和测点定位优化是非常有必要的。这是一个有限测点问题。 本文对基于海上平台的声发射传感器优化布设问题进行了研究,目的在于在取得足够结构健康状态信息、保证无损检测结果的准确性和定位的精准性的前提下,尽可能保证方案的经济性和效益性,达到结构健康监测的目的。 本文首先以渤海湾一座正在服役的导管架海洋平台为研究对象,用ANSYS软件做出其立体图。本文采用图论的方法对海洋平台进行数值建模,将模型抽象为一个图论问题:把每一个节点用一个顶点代替,将每一条连接节点的导管架钢管用连接相应两个顶点的一条边来代替,从而得到一个图。并用图常用的矩阵表示方法将其用带权矩阵表示出来。 其次,在对裂纹形成和扩展的声发射源的机理,声发射波的传播、衰减等理论知识进行掌握了解后,在实验室条件下对一根4米长的钢管进行断铅模拟声发射实验,得到不同距离传感器接收信号的幅值,实验得出了声发射传感器检测信号的覆盖范围,为传感器布置提供依据。 最后,结合图论理论,用贪心算法对传感器进行优化布置。根据文中的方法,对用图论方法建好的海洋平台数值模型进行优化布置,给出声发射传感器优化布置系统程序的实现方法,根据工程需要及定位方法的不同,提出两种优化方案,并通过验证,结果表明该方法在实际应用中行之有效,并且所需的传感器数量非常少,因此具有面向工程实际应用、经济成本低、操作简便等特点。
海洋平台;无损检测;声发射技术;传感器布置;图论;贪心算法
中国海洋大学
硕士
机械电子
张开升
2012
中文
TH878
66
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）