[發明專利]老齡海洋平臺階段性結構損傷評估方法

有效

• 申請號: 201310435854.8
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103852277A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發明（設計）人: 劉福順;李華軍;陳文文;秦俊飛;悅戰剛;盧洪超;許立;侯法壘;曹錦超
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 劉曉

技術領域

本發明涉及一種老齡海洋平臺階段性結構損傷評估方法。?

背景技術

海洋石油開發，是一項涉及多種學科和工藝部門的綜合工程。海洋平臺，作為鉆井、采油、生活供應等各種用途的大型復雜結構，其技術發展將直接影響海洋石油開發的進程。海洋平臺結構形式復雜、造價昂貴，與陸地結構相比，服役環境更加惡劣。海洋平臺結構長期服役在惡劣的海洋環境中，受到各種載荷的交互作用，如風載荷、海流、波浪載荷、冰載荷等，有時還要遭到地震、臺風、海嘯、船碰撞等意外打擊，結構本身還要遭受環境腐蝕、海洋生物附著、海底沖刷等影響。在這些惡劣的環境載荷長期作用下，再加上設計或使用不當，結構容易產生各種形式的損傷，使結構的承載能力下降，嚴重的還會導致平臺失效。一旦發生事故，不僅會對海洋環境造成很大的污染，還會帶來不可估量的經濟損失和人員傷亡，造成不良的社會政治影響。在國內外海洋開發過程中，曾發生過多起災難性海洋平臺事故。例如，1965年英國北?！癉iamond”號鉆井平臺支柱拉桿脆性斷裂導致平臺沉沒；1967年Sedcol35型半潛式三角型平臺在進行采油作業時，其尾部的水平撐桿破壞；2001年世界上最大的半浮動式海上油井平臺，巴西P－36號平臺沉入大西洋底，該平臺耗資3.56億美元，僅事故造成的油井停產就使巴西每天損失300多萬美元，該平臺的沉沒給巴西造成了巨大的經濟損失和環境污染問題。?

全世界6500多座油氣生產設施中，940多座分布在亞洲。我國僅中海油就有近200座固定平臺，中石化勝利油田也擁有100余座平臺。據海洋石油工程股份有限公司統計，中海油服役10年以上的平臺創造了我國海洋石油約70%的海上油當量的產值，其中服役5年以內的平臺數量占28%，5～10年的平臺占26%，10～20年的平臺占29%，20年以上的占17%，進入服役壽命中后期的?平臺占46%。而對進入服役中后期的平臺實施有效的安全檢測及評估是確保其安全運行的重要手段。目前，海洋平臺結構檢測主要采用常規的局部檢測方法，如渦流、磁粉、透入、X射線和超聲等。雖然這些技術比較成熟，應用也比較直觀，但用于海洋平臺卻有一定的局限性，如需要結構的損傷區域是已知作為先決條件，并要求配備特殊測試設備和專業人員，檢測成本比較昂貴等。而結構整體動力檢測方法，因其能夠全面反映結構健康狀況，識別結構是否存在損傷，并檢測出損傷位置和損傷程度，已逐漸顯示出其優勢。?

然而，對于進入服役中后期的老齡平臺，以海洋平臺結構損傷檢測為目的的有效振動數據少之又少，而在海洋平臺服役數年后進行的首次平臺測試，又會因有限元模型的精度問題影響到對首次測試前平臺結構已累積損傷的評價，這種現狀成為對老齡導管架式海洋平臺進行有效評估的瓶頸，通過對老齡平臺進行周期性的動力檢測并合理評估測試期間結構是否出現損傷，成為目前確保目前國內100余座老齡平臺安全服役的可行策略。?

發明內容

本發明提出一種老齡海洋平臺階段性結構損傷評估方法，該方法一方面能夠克服傳統損傷評估指標以有限元模型剛度矩陣代替真實結構剛度矩陣的缺點，另一方面能夠有效排除海洋平臺首次測試前累積損傷對后期損傷的影響，實現對兩次動力測試期間平臺損傷情況的清晰判斷，進而解決了現有海洋平臺缺少實測資料但又必須借助現有測試數據評估海洋平臺的問題。本發明技術方案如下：?

一種老齡海洋平臺階段性結構損傷評估方法，包括如下步驟：?

A、獲得有限元模型建立及模態應變能；?

A1、建立老齡平臺的有限元模型作為基準模型，并將其質量矩陣M、剛度矩陣K存儲入專用存儲器中；?

A2、計算有限元模型的模態應變能?

MSE_ni＝(Φ_i)^tK_nΦ_i;?

其中Φ_i為基準模型的第i階模態振型。?

B、獲得老齡平臺首次測試及模態應變能；?

B1、確定所需傳感器的安裝數量及位置，以選定采樣頻率開展海洋平臺首次振動響應測試，其振動響應記為Y，并存儲入專用存儲器中；?

B2、計算實測平臺首次測試時的模態應變能；?

C、獲得老齡平臺二次測試及模態應變能；?

D、老齡平臺損傷評估指標構造；?

E、有限數量傳感器條件下的老齡平臺損傷評估。?

進一步地，所述步驟C包括：?