[發明專利]固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法

有效

• 申請號: 202110677306.0
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113281003B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 劉強;占曉明;鄭濤;吳文超;劉玉帥;金波;徐玉明
• 申請（專利權）人: 浙江華東測繪與工程安全技術有限公司
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01M13/00;G01P15/00;G06F17/15
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 沈敏強

本發明涉及一種固定式海工結構實時損傷監測方法、荷載水平監測方法。本發明的技術方案為：S1、獲取固定式海工結構正常運行狀態及待評價狀態下的加速度數據，提出異常值并取均值；S2、對正常運行狀態、待評價狀態下的加速度數據運用隨機減量技術獲取結構自由衰減信號；S3、對結構自由衰減信號采用自回歸滑動平均時間序列模型進行擬合，并從中提取自回歸系數作為損傷敏感特征的特征向量；S4、對提取到的自回歸系數進行Tikhonov正則化以消除自回歸系數不穩定性的問題，計算待評價狀態提取到的自回歸系數與正常運行狀態下提取到的自回歸系數之間的馬氏距離，得出距離值，根據待評價數據點與正常狀態下一系列數據點的離群程度判斷是否進入損傷狀態。

技術領域

本發明涉及一種固定式海工結構實時荷載水平和損傷監測方法。適用于海上風機結構狀態監測技術領域。

背景技術

近年來，中國正在大力推動能源轉型與非化石能源發展，以實現碳達峰和碳中和目標。海上風力資源豐富，風電機組機型大，具有廣闊的市場前景。但海上風電場所處環境比較惡劣，不僅風速、風向和海浪高度的變化迅速，更有臺風等極端情況影響，與陸上風電場的開發建設相比則具有更高的安全和投資風險。風電機組的故障通?？梢赃M行維修和更換，但風電塔身結構的損傷累積帶來的剛度退化往往會帶來嚴重的工程事故，同時對結構的實時環境荷載水平監測可以幫助工作人員掌握風機的運行環境。所以能夠從測得響應中剝離環境和結構的復雜關系，準確判斷結構的損傷狀態和實時荷載水平對風機結構的正常運行具有重要意義。

目前的健康診斷系統僅通過對加速度響應幅值的變化進行控制，在這種情況下，出現異常值時并不意味著結構被損壞，只是當前加速度測量值的分布特征發生變化。此時需要結合運行狀態和環境因素進行解釋，無法解釋的工況才會歸因于結構損傷。

然而實際的環境荷載是風、浪、流等荷載耦合在一起的，現場難以直接獲取，與之相反，塔身加速度數據的獲取卻是十分方便。因此，基于加速度數據進行風機結構荷載水平和損傷狀態監測時，需要先對結構的損傷狀態進行判斷，其次選定風機結構的運行狀態(停機和不停機)，進而才能在同樣的結構損傷狀態及運行狀態下判斷環境荷載水平。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對上述存在的問題，提供一種固定式海工結構實時損傷監測方法和荷載水平監測方法。

本發明所采用的技術方案是：一種固定式海工結構實時損傷監測和荷載水平監測方法，其特征在于：

S1、獲取固定式海工結構正常運行狀態及待評價狀態下的加速度數據，采用拉依達準則進行異常值的剔除，并以均值代替；

S2、對正常運行狀態、待評價狀態下的加速度數據運用隨機減量技術獲取結構自由衰減信號；

S3、對結構自由衰減信號采用自回歸滑動平均時間序列模型進行擬合，并從中提取自回歸系數作為損傷敏感特征的特征向量；

S4、對提取到的自回歸系數進行Tikhonov正則化以消除自回歸系數不穩定性的問題，計算待評價狀態提取到的自回歸系數與正常運行狀態下提取到的自回歸系數之間的馬氏距離，得出距離值，根據待評價數據點與正常狀態下一系列數據點的離群程度判斷是否進入損傷狀態。

所述對正常運行狀態、待評價狀態下的加速度數據運用隨機減量技術獲取結構自由衰減信號，包括：

對于風機結構振動響應信號，在隨機激勵下某一測點的振動響應表示為：

式中：f(0)表示結構振動的初位移；表示結構振動的初速度；D(t)表示初速度為0且初位移為1的結構自由振動響應；V(t)表示初速度為1且初位移為0的結構自由振動響應；u(t)表示結構單位脈沖響應；y(t)表示外部隨機激勵；

選定一個常數C橫向穿越結構振動響應信號f(t)，得到多個交點時刻t_i，每個交點相當于自t_i時刻開始的自由振動響應和強迫振動響應的疊加，即：