疲劳寿命规定的压力范围内,载荷对结构产生的变量。最常见的变量负荷影响海上结构物的波浪。目前现有的模型可以预测疲劳损伤的发展随着时间的推移,基于波估算负荷统计和应用到数值模型。推荐几种方法遵循这些模型,通过离岸设计规范(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)和最近的研究中,例如,Mourao等提出的疲劳的方法。gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba使用局部损伤参数。因为不确定性相关的环境负荷和数值模型,它得到的安全系数低估了经营离岸结构的疲劳寿命。这些不确定性可能减少监测结构应变仪的使用。然而,由于疲劳敏感关节通常位于地区困难访问和应变仪是脆弱的,经常长时间不可靠的测量,这种方法不适合评估离岸结构的应变历史长期的时期。提出了一种通过使用运行模态分析(OMA) [gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba)协助虚拟传感(gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba]。这个虚拟传感方法估计结构的应变响应通过持续的监控与加速度计结构的响应,这被称为长时间可靠测量。模态分解执行,和实验模式形状确定和扩大到所有的自由度(自由度)有限元(FE)模型。因此,一些传感器是用来估计整个结构的菌株只基于结构响应和不加载,假定随机振动。gydF4y2Ba

在文献中对OMA申请离岸结构,大多数应用程序有关离岸风力涡轮机结构。例如,越南盾等。gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba研究振动响应特性和OMA的海上风力发电结构。Bajrićet al。gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba]相比离岸风力涡轮机结构的阻尼比不同的模态识别技术验证的实际振动测量在营业外条件下离岸风力涡轮机。Ruzzo et al。gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba]提出了识别的刚体运动通过OMA晶石浮动支持海上风力涡轮机。方法应用到基于线性运动方程的数值模型已被证明是一种可行的方法,输出只浮动结构的识别。gydF4y2Ba

文献中压力估计,模态扩展是一种最受欢迎的流程模型,这是一个线性变换,扩展了基于模式识别系统响应的形状(gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba]。Hjelm et al。gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba)提出了一个细致的应变估计技术使用模态扩展和应用到实验室结构和晶格塔。除以一个离岸结构的反应分为两部分,Skafte et al。gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba)扩大了低频响应使用静态里兹向量和使用模态分解的高频响应估算一个离岸的应变响应规模模型只使用来自感应器的信息平台。旨在评估应变估计,Nabuco et al。gydF4y2Ba 11gydF4y2Ba]应用可靠性分析的应变响应估计了海上平台和显示应变的相关性评估相比传统设计准则。此外,模态扩展适用于非线性系统。通过这种方式,Nabuco et al。gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba)使用模态扩展基于线性的参数确定成功案例和估计两个海上平台扩展的应变响应与摩擦结构。Tarpøet al。gydF4y2Ba 13gydF4y2Ba)调查的精度估算的应变响应非线性系统使用的操作响应数值模拟当地介绍了非线性增加摩擦试样。此外,Tarpøet al。gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba)得出的结论是,扩大实验模式的形状可以增加压力估算的准确性,引入了质量测量,gydF4y2Ba 疲劳损伤的正常误差gydF4y2Ba,压力估计规范化的疲劳损伤的基础上,考虑了振幅。gydF4y2Ba

离岸夹克结构的应变估计基于OMA关注疲劳评估的总体目标。通过考虑操作负荷随机振动、应变历史预计通过虚拟传感技术,然后与应变仪测量。此外,介绍了等效应力范围的概念,以验证精度的疲劳损伤。图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba提出了一种通用方案采用本文的方法。gydF4y2Ba

监控数据从一个典型的三脚架夹克平台在丹麦北海石油和天然气生产部门提供了验证理论。相同的数据平台,Valdemar,已经应用于先前的研究。Dascotte et al。gydF4y2Ba 15gydF4y2Ba)提出了一个大型结构的连续压力监测系统使用一个更新的有限元模型和位移测量有限数量的GPS接收器的位置。根据Skafte et al。gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba),高精度的测量位移可以扩展和扩展技术可以用于评估测量的不确定性。gydF4y2Ba

最好的作者的知识,操作压力估计结构的应用程序是有限的海上风力涡轮机(gydF4y2Ba 17gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba 22gydF4y2Ba),体育场(gydF4y2Ba 23gydF4y2Ba),和晶格结构gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba 25gydF4y2Ba]。因此,本文将重要的信息添加到压力估计操作离岸平台上通过应用这项技术。gydF4y2Ba

旨在估计结构的菌株在任何时候使用OMA,第一步是测量位移使用加速度计结构的几个点。然后,进行模态识别是为了评估结构的动态特性,并在此基础上,模式形状向量gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 估计。gydF4y2Ba

在时间的函数估计模态坐标,gydF4y2Ba 问gydF4y2Ba ^gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ,确定关系模式形状矩阵的伪逆,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba^+gydF4y2Ba测量位移,gydF4y2Ba ygydF4y2Ba tgydF4y2Ba :gydF4y2Ba (1)gydF4y2Ba 问gydF4y2Ba ^gydF4y2Ba tgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ygydF4y2Ba tgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

在目前的研究中,当地通信(LC)原则(gydF4y2Ba 26gydF4y2Ba)用于相关实验模式形状子空间的模式形状的有限元模型。线性关系是定义的变换矩阵gydF4y2Ba PgydF4y2Ba :gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba PgydF4y2Ba =gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 是铁模式形状矩阵只包含实验模式形状矩阵的自由度。gydF4y2Ba

信用证的原则提供了一个最优的有限元模式形状子空间平滑和扩张的模式形状矩阵获得的实验。因此,变换矩阵gydF4y2Ba PgydF4y2Ba 用于获得扩大实验模式形状矩阵(矩阵),gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 完整的gydF4y2Ba 由有限元自由度总数的模式形状矩阵,gydF4y2Ba BgydF4y2Ba :gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 完整的gydF4y2Ba =gydF4y2Ba BgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

因为压力和位移的模态坐标是相同的,应变历史,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ^gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 估计如下:gydF4y2Ba (4)gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ^gydF4y2Ba tgydF4y2Ba =gydF4y2Ba BgydF4y2Ba εgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 问gydF4y2Ba ^gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba BgydF4y2Ba εgydF4y2Ba 是完整的应变模式形状矩阵的有限元模型。通过这种方式,压力在所有已知结构的自由度与OMA的使用和虚拟传感只基于测量的位移,而不是负担。gydF4y2Ba

目前,疲劳累积疲劳损伤评估分析这种类型的结构是基于SN曲线为焊接结构组件,热点应力方法,和Palmgren-Miner法,根据设计规范。gydF4y2Ba

疲劳损伤被认为是基于SN疲劳的方法建模的假设下的线性累积损伤,gydF4y2Ba DgydF4y2Ba ,按照Palmgren-Miner规则(gydF4y2Ba 27gydF4y2Ba]。压力除以周期gydF4y2Ba jgydF4y2Ba 块,累积疲劳损伤表示如下:gydF4y2Ba (5)gydF4y2Ba DgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ngydF4y2Ba 我gydF4y2Ba NgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba jgydF4y2Ba ngydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ⋅gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba ngydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 的应力循环次数gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba^thgydF4y2Ba块,gydF4y2Ba NgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 是周期失败的数量在给定恒定应力范围gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 米gydF4y2BaSN曲线斜率参数,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 是SN曲线截距参数。gydF4y2Ba

断裂力学理论的疲劳,众所周知,如果裂纹萌生阶段可以忽略不计,SN曲线的斜率,gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 指数是相同的,在巴黎裂纹增长的法律。这个参数主要取决于材料的性质,和大多数钢结构的实验数据,在海上结构物,表明gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba (gydF4y2Ba 28gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

SN曲线截距参数,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ,取决于连接的几何形状和类型的焊缝。因为本文中描述的方法不是集中在当地的疲劳评估、等效应力范围的概念介绍来代表光谱疲劳载荷通过只有一个等效应力范围。gydF4y2Ba

实验模态特性,如固有频率和模式形状,与有限元模型的模态特性。固有频率是一个比较简单的过程,因为在这种情况下,我们正在处理单个值。如果两组之间的差异值小于某一阈值通常定义的感悟和预期不确定性或通过从标准规定的值,然后我们考虑结果令人满意。然而,为了比较模式形状,许多自由度的相关性测量通常是使用,因为在每个测量位置。gydF4y2Ba

模态保证标准(MAC) (gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba)是用来比较实验模式形状向量,gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ,铁模式形状矩阵由相同的自由度,gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba ,见以下方程:gydF4y2Ba (8)gydF4y2Ba MACgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba HgydF4y2Ba BgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba HgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba BgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba HgydF4y2Ba BgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

检查质量的应变估计,它是作为质量保证定量测量在时域称为时间响应保证标准(TRAC) [gydF4y2Ba 30.gydF4y2Ba]。被gydF4y2Ba εgydF4y2Ba ^gydF4y2Ba 估计的菌株,gydF4y2Ba εgydF4y2Ba 测量压力,TRAC值估计通过以下方程:gydF4y2Ba (9)gydF4y2Ba TRACgydF4y2Ba =gydF4y2Ba εgydF4y2Ba TgydF4y2Ba εgydF4y2Ba ^gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba εgydF4y2Ba TgydF4y2Ba εgydF4y2Ba εgydF4y2Ba ^gydF4y2Ba TgydF4y2Ba εgydF4y2Ba ^gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

类似于MAC, TRAC是一个工具用于确定两个时间之间的相关性程度的痕迹。MAC和TRAC都将产生的值范围从0到1,值接近一个显示良好的相关性。另一方面,TRAC可能误导应变估计的质量,因为它独立于振幅差异。gydF4y2Ba

随着应变疲劳损伤评估范围是至关重要的,Tarpøet al。gydF4y2Ba 14gydF4y2Ba)提出了一个基于SN质量测量曲线和疲劳损伤的Palmgren-Miner规则称为归一化误差(NEFD)由以下方程描述:gydF4y2Ba (10)gydF4y2Ba NEFDgydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba jgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba ^gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba ∑gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba jgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 米gydF4y2Ba −gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在NEFD等于0,表明完美的应变估计,一个负值意味着疲劳损伤的低估,和积极的值表示疲劳损伤的高估。gydF4y2Ba

三脚架夹克已经测量了在正常操作期间在北海的水深42.7米(见图gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba)。主要桩的直径是3.43米,厚度0.06米,平均水位(平均水平面)。数据从加速计、应变仪和波雷达提供定义14数据集。每个数据集都是一个小时的时间。gydF4y2Ba

OMA-based压力估算技术的优点是评估结构的响应位置不方便(例如,关节附近的海面以下)使用测量结果在方便的位置(例如,在上部)。这是通过四个三轴加速度计放置在上部结构的对应共有12个自由度。gydF4y2Ba

此外,四个应变仪(SGs)被放置在可行的最低海拔:两个11.5米以上平均水平面(海拔1)和两个12.2米以上平均水平面(海拔2)。在每个视图,一个应变计是放在233度顺时针从北(方位C),另一个在143度(方位D)。请注意,这些应变仪的目的是验证压力估计,而不是疲劳分析因为它们远离了结构疲劳的关键位置。图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba说明了加速度计和应变仪的位置。gydF4y2Ba

海海拔已经在三个位置,测量每一个下面的一个角落地窖甲板上。基于波计测量,表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba提出了有效波高的值,gydF4y2Ba HgydF4y2Ba _{年代gydF4y2Ba}高峰期,gydF4y2Ba TgydF4y2Ba PgydF4y2Ba 计算每个数据集。gydF4y2Ba

应该强调,只有从加速计监测数据估计的菌株中扮演了重要的角色。应变仪测量是专门为了验证结果。同时,波测量数据仅关联结果与波加载。其他环境负荷也有助于疲劳损伤;然而,只有波测量可用于这项研究。gydF4y2Ba

方法提出了基于监测数据作为替代品取代海上结构物的设计疲劳模型更准确的模型。在此基础上,真正的三脚架夹克平台结构响应估计通过OMA-assisted虚拟传感。等效应力范围已经从OMA-based确定应变历史,它可以观察到,有效降低不确定性影响的累积疲劳损伤评估。结果是敏感的应变计在结构截面角位置。精度更高,当考虑倾斜的影响。等优势,降低浸在应力历史收益率减少检查离岸结构的数量。gydF4y2Ba

进展的评估基于监测数据的疲劳应力。然而,一些调查可能会在将来的研究中得到解决,例如,准静态响应的影响引起的波估计的反应。同时,更多信息可以评估测量可用的其他环境负荷是比较的结果。此外,将应变仪接近结构的支持,即使在短期时间内,可以提供数据,将导致更关键的累积损伤值。gydF4y2Ba

随后,将评估可靠性分析基于这项研究的结果来评估潜在的疲劳寿命延长了信息分析的价值量化的经济获得建议的方法。gydF4y2Ba