[发明专利]一种海洋立管损伤程度及损伤位置识别方法及系统

说明书

本公开提供了一种海洋立管损伤程度及损伤位置识别方法及系统，将立管划分为多个单元，获取无损伤工况下立管各单元的三个主应变以及损伤工况下立管各单元的三个主应变；根据获取的立管各单元的主应变，计算立管各单元的主应变变化因子；根据立管各单元的主应变变化因子，得到立管各单元的损伤程度，根据立管各单元的损伤程度确定立管损伤位置；本公开基于测得的损伤前后立管各单元的主应变时程进行损伤识别，无需进行模态分析，可以避免模态识别的误差对损伤识别的干扰；无需进行复杂的数学变换，计算简便，准确度高，可同时识别损伤位置及损伤程度。

技术领域

本公开涉及结构损伤检测技术领域，特别涉及一种海洋立管损伤程度及损伤位置识别方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

海洋立管是海洋油气钻探和输送的管线，是海洋平台结构的关键功能设施。为了减少失效风险和增加生产效益，国际各大油气公司均非常重视对海洋立管、尤其是恶劣服役环境下的深海立管进行全寿命服役期间的完整性管理。结构健康监测技术可为立管完整性管理实时提供荷载、响应和损伤的原位测试数据，为立管生产作业和风险分析提供及时反馈。近年来，欧美各大石油公司在墨西哥湾、北海、西非以及巴西临近海域进行了大量实践，结构健康监测技术在立管系统设计验证和安全预警方面具有广阔前景。由于经济性与可靠性等原因，目前还没有找到一种计算简便、准确度高、特别适用于海洋立管的损伤位置及损伤程度识别方法。

应变是一个很常见的和结构局部刚度密切相关的指标，可以反映出局部刚度的变化，因此可用来定位结构损伤。

本公开发明人在研究中发现，现有的基于应变响应的损伤定位方法，主要是基于应变模态的，但通过应变响应变换得到应变模态时会产生误差，甚至存在多阶模态混淆问题；另外，结构损伤对各阶应变模态的影响也不尽相同；目前直接利用应变响应进行损伤定位的方法比较少，一般都需借助各种变换工具，增加了计算的复杂性。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种海洋立管损伤程度及损伤位置识别方法及系统，基于测得的损伤前后立管各单元的主应变时程进行损伤识别，无需进行模态分析，可以避免模态识别的误差对损伤识别的干扰；无需进行复杂的数学变换，计算简便，准确度高，可同时识别损伤程度及损伤位置。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供了一种海洋立管损伤程度及损伤位置识别方法，步骤如下：

将立管划分为多个单元，获取无损伤工况下立管各单元的三个主应变以及损伤工况下立管各单元的三个主应变；

根据获取的立管各单元的主应变，计算立管各单元的主应变变化因子；

根据立管各单元的主应变变化因子，得到立管各单元的损伤程度，根据立管各单元的损伤程度确定立管损伤位置。

作为可能的一些实现方式，将立管划分为多个单元，具体为：采用Ansys建立立管的有限元模型，将模型划分为多个单元。

作为进一步的限定，立管各单元的各个主应变的获取方式为：对立管有限元模型施加随机波浪激励，在设定的采样频率和采样时间下，获取立管各单元的损伤前后相同时间长度的三个主应变时程数据。

作为可能的一些实现方式，在实际应用中，利用光纤光栅传感器或者应变片实时测量实际立管各单元的三个主应变时程数据。

作为可能的一些实现方式，第j个单元的主应变变化因子M_j为：

其中sum表示对时程数据求和，μ为结构损伤耗能之前的泊松比，和为无损伤工况下立管第j个单元的三个主应变，和为损伤工况下立管第j个单元的三个主应变。