[发明专利]海洋结构模态参数无虚假识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋结构模态参数无虚假识别方法，特别是针对海洋平台、海上风电、海上升压站在自然环境激励条件下的模态参数识别问题。 

背景技术

海洋平台结构是海洋油气资源开发的基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。随着我国海洋油气资源开发活动的快速发展，海洋平台结构也得到了高速的发展，已建成的各类海洋平台300余座。海洋平台结构复杂、造价昂贵，与陆地结构相比，其服役环境更加恶劣。它不仅承受风、海浪、海流、海冰和潮汐等环境荷载的长期作用，也受到地震灾害的威胁。并且，环境腐蚀、海生物附着、海底冲刷、地基土软化和疲劳损伤等因素都将影响海洋平台的安全服役，降低海洋平台的使用寿命。 

为了保障海洋平台结构的安全服役，避免重大的恶性事故发生，必须能够及时发现海洋平台结构损伤，并在保障安全的条件下及时修复。而模态参数识别是结构损伤检测技术的基础性和关键性的环节。尤其对海洋平台而言，其所处的环境条件给实际测量造成了一定的困难，实测数据不可避免地包含大量噪声，直接依靠输出的响应信息提取平台结构的模态参数必然存在较大的误差，该误差势必影响到海洋平台结构安全状况的评价结果。目前最常用的信号分析方法主要有傅里叶变换、Wigner-Ville分布，小波变换，HHT，Prony方法等。然而这些信号分析方法在实际应用时普遍存在如下缺陷：上述分析方法一则很难准确地分析振动本身携带的振动性能，二则由于分解方法本身的缺陷，使得分解出的信号实际上完全背离了原始振动信号携带的振动特性。例如，涡激振动是一个瞬时振动过程，只有依靠能反映振动信号时间-频率-能量的瞬时信号分析方法才能最大限度的分析出信号的振动特性来。系统识别是通过对研究对象进行振动测试，量测研究对象在人工激励下的输出响应，或正常运行状态下的输入输出数据，加以必要的分析、计算，识别出对象的动力学方程（数学模 型）的理论和方法。目前，系统辨识理论研究在传统的土木工程结构中已经取得大量研究成果。常用的系统识别方法包括峰值法、ITD法、特征系统实现算法（ERA）、时间序列（ARMA）法、复指数法、随机子空间法等。 

常规模态参数识别技术，当环境噪声较为明显时，为识别出相对较弱的模态信息，往往需要人为增大模态识别阶次，从而导致大量虚假模态产生。尤其当噪声模态较真实模态显著时，传统方法如要识别出该相对较弱的真实模态，其虚假模态往往无法剔除，最终以至于在虚假模态较多时无法确定结构的真实模态。 

发明内容

本发明提出一种海洋结构模态参数无虚假识别方法，其克服了虚假模态比目标识别模态强时必须将虚假模态考虑其中进行识别的缺点，并能以最小的核心矩阵实现海洋工程结构的模态识别，工程应用前景广阔，本发明技术方案如下： 

一种海洋结构模态参数无虚假识别方法，包括： 

A、海洋结构实测信号获取； 

A1、获取海洋结构在自然环境激励下的振动响应，并存储入专用存储器； 

A2、从步骤A1中提取振动响应； 

A3、海洋结构实测信号分离 

对步骤A2中传感器实测信号进行傅里叶变换,确定窗函数及其传递函数，获得分离信号，进而获得其滤波后时域信号； 

B、海洋结构实测信号光滑及重构； 

C、海洋结构模态参数识别核心矩阵构造； 

D、海洋结构模态参数无虚假识别。 

进一步地，所述步骤B包括如下： 

B1、对步骤A3中获得的滤波后时域信号组成矩阵，并进行奇异值分解； 

B2、构造非Hankel矩阵并对其进行Hankel化处理； 

B3、获取谱密度函数光滑后的分离信号； 

B4、对海洋结构目标模态时域信号进行重构。 

进一步地，所述C步骤包括如下： 

C1、重复步骤B获得所有传感器的谱密度函数光滑后的时域信号； 

C2、构造模态参数识别核心矩阵。 

进一步地，所述D步骤包括如下： 

D1、构造状态空间向量； 

D2、识别海洋结构的模态参数。 

进一步地，所述步骤A1中是在海洋结构环境条件、结构特点调研的基础上，确定所需传感器的安装数量及位置，编号从1计，以选定采样频率获取海洋结构在自然环境激励下的振动响应。 

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：