海洋平台结构健康监测方法综述

海洋平台结构健康检测方法综述

摘要

海洋平台由于其重量大，结构复杂，并且长期处于苛刻的腐蚀性环境和多种荷载作用的条件下，其结构健康监测问题已经成为了避免环境灾害以及经济损失、确保安全健康服役所必需面临的问题。通过对海洋平台健康监测问题的深入研究，总结了近些年来各位专家学者对海洋平台结构检测问题的研究现状，归纳了海洋平台健康监测的研究方向，并介绍了海洋平台健康监测的新方法，对海洋平台健康监测的存在的问题和发展的方向做出了总结。

关键词：海洋平台健康监测振动响应新方法

引言

随着世界经济迅猛发展，石油天然气的需求量猛增，然陆地的油气供给能力有限，海洋中又蕴藏着丰富的油气资源，所以，海洋油气资源的开发势在必行。海洋平台作为海上油田开发的主要设备，其投资占到了海洋石油开采总投资的70%左右, 一旦发生事故，不仅会带来重大的经济损失和人身伤亡，而且还会带来不良的社会政治影响。其目前所面临的问题主要有：海洋平台重量大而其结构复杂，长周期在苛刻的腐蚀性环境条件下使用的大型工程结构物，其水下部分结构长期受到海水及海生物的侵蚀、冻融损坏、碱集料反应和化学物质侵袭、地基冲刷、环境载荷等的作用，使得结构的承载力会随着时间推移而降低。特别是钢结构腐蚀病害而引起的平台耐久性问题，已成为一个突出的灾害性问题；海啸、台风，过往船只撞击海洋平台、火灾、天然气泄漏发生爆炸等偶然事件时有发生，极大威胁着平台的正常使用和耐久性;半潜式平台的浮体与柱、柱与甲板连接处，张力腿平台的浮体与柱、张力腿与浮体连接处以及支撑半潜式、张力腿甲板的刚架结构均是受力极大的危险区域，如果结构不连续、加工或焊接上的缺陷，易形成应力集中，焊接残余应力也会造成材料的局部塑性变形，这样在交变载荷、海水腐蚀等作用下，接头的高应力危险区将会发生疲劳裂纹，并逐渐扩大而导致整个节点的破坏。另外，由于平台所采用的材料往往含有微小的缺陷，在循环荷载作用下，这些微缺陷（微裂纹和微孔洞）会成核, 发展及合并形成损伤，并逐步在材料中形成宏观裂纹。

疲劳损伤是平台设计中的核心问题，已经发生不少海洋平台由于结构连接节点处出现疲劳破坏而引起垮塌的案例。早期疲劳损伤往往不易被监测到，但其带来的后果是灾难性的。

1969年我国渤海2号平台被海冰推倒，并使一号平台严重受损，造成直接经济损失2000多万元；1974年海冰推倒了渤海四号平台的烽火台；我国从日本进口的“渤海二号”自升式平台，1979年在渤海湾倾覆沉没，死亡72人;我国“爪哇海”（GlomarJavasea钻井船，1983年在南海的莺歌海海域沉没，死亡81人。2001年当时世界上最大的半浮动式海上油井平台，巴西P 一36号平台沉入大西洋，该平台

耗资3.6亿美元，仅事故造成的油井停产就使巴西每天损失300多万美元，该平台

的沉没给巴西造成了巨大的经济损失和环境污染问题。2005年3月15日巴西Roneador油田（离巴西12okm，水深135om,储量30亿桶）的采油平台因天然气泄漏，发生三次爆炸，虽经现场26艘船多日施救，但在3月20日晚上9点30分翻转900, 沉人海底。

考虑到安全、环保和经济效益等各方面的因素：一方面不可能大量地拆除旧平台而改建新平台;另一方面，还缺乏一整套有效的平台监测和管理系统，帮助管理者维护平台。由此，海洋平台健康监测十分重要。

随着石油开采向海洋发展，海洋平台的数量成倍增加，合适的设计方法确保结构能够抵抗住不可预测的载荷造成的损伤，但是损伤在海洋平台结构的服役期间是不可避免的。结构健康监测技术实际就是传统结构动力学问题的逆问题，通过对结构物进行实时、无损监测全面评估结构物损伤的技术。确保人的生命安全和减少财产损失的唯一方法是诊断出结构的损伤，并能及时进行修复。由此可见，提高海洋平台结构及设备的可靠性，确保海洋作业安全的问题日益突出，新平台的质量评价、旧平台的残余寿命估计和在役平台的结构安全保证将成为日益突出的问题，海洋平台结构的健康监测与损伤诊断已成为刻不容缓的重要课题，而且，这一技术的发展将带动陆地重大工程结构健康监测技术的发展和应用，具有广阔的应用前景。1海洋平台结构健康监测技术

1?1海洋平台健康监测现状

海洋平台健康监测的研究开始于20世纪70年代，研究领域主要涉及裂纹、腐蚀

以及结构应力与变形的监测等⑴。Vandivef和Begg⑻利用固有频率的变化分别研究了一个由船只碰撞引起的钢桩支撑的近海灯塔的损伤监测结果和一个 4.8米高的北海平台模型的测试结果。Lolnad和DoddP对三个北海平台开展了为期

6-9个月的声发射监测，以监测结果为基础，深入研究了平台的状态设置、形状、周围环境对结果的影响以及系统的耗费。研究发现，谱的变化都在3%以内。Osegued理基于某90英寸高的导管架海洋平台模型的动力特性改变研究项目，提出识别与固有频率有关的振型是利用固有频率的改变准确识别模型损伤的基础。Hamamoto 和Swamidas等⑹发现了一种新技术可以应用于三角架塔式平台模型损伤的识别。根据位移传感器和应变计测得的频响函数（FRFs）实现对振型、频率和阻尼比变化的监测，利用最大变化的传感器的位置来推断损伤位置。Kondo和Hamamotd"为了实现海洋平台损伤检测的目的，通过分析模态曲率变化初步确定损伤区域，然后结合逆模态扰动法实现损伤单元定位和损伤程度评估。Brincker［8］等在测量海洋平台结构加速度时程时，应用了自回归移动平均模型，可以估算平台模型阻尼水平和固有频率的变化，从而确定由损伤、环境条件的变化和海生物附着等造成的结构固有频率的变化情况。Stubbs和Kim⑶运用一种新的损伤检测方法实现了损伤程度评估和离岸结构损伤定位。这种方法假定结构损伤前的模态参数未知，实测损伤结构的固有频率和振型。通过数值仿真，虽然高估了损伤程度，但精确识别了损伤位置。Han

esn10］总结了固定式海洋平台结构安全监测技术现状，展望了以后的技术发展趋势，他认为完成海洋平台健康监测的重要技术手段是以环境激励下海洋平台结构动力响应为基础，建立一种以结构的输出信息为主的损伤识别模型，实现结构和损伤单元的定位，再配合有效的局部NDT技术，最终实现海洋平台寿命的定量监控和有效预警。RabiulAlam和Swamida^11］对钢制导管架海洋平台的裂纹检测采用了位移和应变响应的研究方法。通过数值模拟分析一种理想化的三维空间结构，运用ABAQUS软件分析其全局和局部响应，发现在裂纹周围的应力和应变变化明显，而以焊趾处的变化最为突出。Nichols［12］研究了环境激励和经验模型在海洋平台健康检测中所起的作用，并对两种简单的海洋平台结构模型施加遵循Pierson-Moskowitz波谱分布的随机激励，以未损伤结构输出响应为基础，判断损伤

发生时的结构响应，实现了对海洋平台结构刚度退化的健康检测。国内的研究主要是通

过测试固有频率、模态分析、频率响应、经验模式分解、小波分析等方法实现对海洋平台的健康检测。窦润福等［13］介绍了轴载荷和面内弯曲载荷作用下，34只

大尺度T型焊接管节点进行了静力和常幅疲劳试验，分析了疲劳强度随管节点尺度、参数及载荷形式的变化情况，对管节点的膜应力、热点应力、应力分布、弯曲应力、疲劳寿命及裂纹扩展数据等进行了研究。贾星兰［14］选用海洋平台用钢ASTMA131焊接接头试样，针对交变载荷作用下海洋平台的低温疲劳问题，对焊接接头处低温疲劳裂纹扩展速率等进行了研究，分别得出了低温与室温下的da / dN △ K曲线。张兆德［15］针对浅海导管架式平台，利用有限元分析方法，计算其固有频率与振型，分析了不同裂纹损伤时的模态参数变化规律，达到了海洋平台损伤检测的目的，促进了平台现场检测的发展。刁延松等［16］提出了基于神经网络技术的海洋平台结构多重损伤检测方法，并通过数值模拟、冲击响应实验和振动台模型实验验证了该方法的有效性。利用小波包分析提取特征向量实现结构损伤的检测。赵玉玲［17］利用频率响应函数的变化对海洋平台进行损伤检测。赵永涛在对计算模型加以10%噪声的情况下，仍然可以准确识别构件的断裂损伤。此外，李典庆等［18］提出了一种基于风险的海洋结构物无损检测功能分级方法。作者根据风险值对无损检测功能进行分级，研究了风险值随检测概率、错误识别概率和裂纹出现概率的变化规律以及风险值对检测费用、维修费用及失效费用的敏感性。欧进萍等［19 ］开发了“海洋平台结构实时安全监测系统” 应用软件，该系统于1998-1999年和1999-2000年的冬季在渤海JZ20-2MUQ平台上试运行，实时监测了平台两个冬季的安全状况。

1?2现有的海洋平台结构健康监测技术

现有海洋平台健康监测主要集中在以下几个方面的；第一方面是环境荷载的监测，第二方面是腐蚀和裂纹的监测，第三是基于振动的健康监测。其中基于振动的健康监测即为基于振动信号分析的损伤识别方法，简称VSA［20］(Vibration Sig nature A-n alysis)。现将其在海洋平台上的应用情况如图1:

图1各种海洋平台健康检测技术对比

振动的损伤识别方法虽然很多，但是由于海洋平台结构复杂所处环境极为恶劣, 有效而准确的应用却遇到了极大的困难。海洋平台人工激励难以施加，环境激励难以测量;平台监测系统不可能对每一个构件都进行监测，加之目前人们对海洋平台在环境载荷激励下响应认识有限和经验的不足，导致个别关键点存在监测上的遗漏，模态参数不能够准确识别，成为困扰海洋平台结构健康监测的瓶颈。

1?3海洋平台健康监测系统

海洋平台健康监测及安全评价系统综合了现代传感技术、网络通讯技术、信号处理与分析、数据管理方法、计算机视觉、知识挖掘、预测技术、结构分析理论和决策理论等多个领域的知识，极大地延拓了海洋平台监检测领域的内涵，提高了预测评估。

1.3.1海洋平台结构健康监测系统功能、原理以及组成

海洋平台结构健康监测与安全评价系统，总的目标是通过测量反映海洋平台环境激励和结构响应状态的某些信息，实时监测海洋平台的工作性能和评价海洋平台的工作条件，并为海洋平台的养护维修提供科学依据。与传统的海洋平台检测方法（包括众多的无损检测技术）不同，海洋平台结构健康监测与安全评价系统，重在诊

断可能发生结构损伤或灾难的条件和环境因素，评估结构性能退化的征兆和趋势，以便及时采取维修措施。而传统的检测方法，重在损伤发生后检查损伤的存在，并采取维修加固的手段。因此，海洋平台结构健康监测与安全评价系统的概念主要功能包括:确认海洋平台的实际性能，，确保达到设计目标；增加对海洋平台结构安全程度的把握，确保海洋平台能长期安全使用;:.服务于海洋平台的施工监测、综合管理系统，减少非重点部位的人工检查次数，在意外发生期间和事后评估安全度，辅助和改进海洋平台的检测方法，为海洋平台的维护决策提供依据;.发展先进海洋平台结构健康监测评估技术和方法。

海洋平台健康监测的原理如图2所示[21]:

图2海洋平台健康监测技术原理图

海洋平台结构健康监测系统运行程序为由传感器测量系统拾取的信号首先被数据采集单元得到，然后将采集到的信号转换成数字信号并传输给数据处理与控制系统，接着计算机系统完成数据的后处理、归档、显示、储存，最后由高性能计算机系统完成结构健康监测系统的评价工作，提供海洋平台在整个工作过程中的实时报告，并且对海洋平

台结构的非正常状态进行报警，实时评估海洋平台的安全性以及实用性，为海洋平台的定期检查提供直接依据，并提交监测与健康状态评价报告。

2基于结构振动模态的损伤识别方法

基于振动海洋平台结构健康监测理论，逐渐引起了越来越多的学者的重视，已经成为了一个研究的热点。最近的研究表明，基于振动的损伤诊断本质上是一个统计模式的识别问题，它包含以下过程：操作评估，决定监测的对象及其实现；数据采集与净化，实现传感器的选择和最优布设及决定资料的取舍问题；特征提取，是损伤检测的核心内容，基本上通过所提取特征在结构损伤前后的变化来实现损伤的诊断，其基本的要求是特征向量的维数尽可能低；统计模型的建立，即建立所提取特征的统计分布的算法。2.1基于结构测试固有频率识别方法

结构损伤会导致结构固有频率降低、阻尼增加。因此通过测量结构固有频率的变化可说明结构损伤的存在，但是因为不同的损伤可能导致相同的频率变化（特别是低阶频率变化，因此实际工作中仅仅依靠固有频率的变化很难准确确定损伤的位置。为了计算由局部损伤引起的结构固有频率的变化，一种非常有吸引力的动力重分析方法是灵敏度分析方法。结构固有频率对刚度变化的灵敏度是从完整结构动力分析单元模态计算中得到。灵敏度分析方法己用来提高采用固有频率变化进行损伤位置识别的灵敏度，其理论背景是比较结构实测参数与有限元分析结果，但由于获得一个精确的理论分析模型非常困难，很多不确定因素都将影响损伤检测结果。李学平、余志武［22］运用摄动方法和线弹性断裂力学理论讨论了一种基于频率的损伤识别新方法。从理论上推导了利用测得的少数前几阶固有频率来识别裂纹位置和裂纹深度的算式。通过试验结果验证，表明方法简单可行，对解决工程实际问题具有一定的参考价值。

2.2基于结构测试模态的损伤识别

何萍［23］利用小波变换具有在时域和频域内表征信号局部特性的能力，能够在不同尺度下对结构响应中的突变信号进行放大和识别。在位移模态振型的基础上，提出了一种基于小波变换的结构损伤检测方法。将损伤前后结构的位移模态振型差作为原始信号进行小尺度小波变换，通过损伤前后位移模态振型差小波变换系数的变化，可判定损伤存

在，确定损伤位置。并通过悬臂梁和海洋平台的数值模拟对该方法进行了验证。

除此之外还可以通过振型曲率法。损伤会引起结构局部弯曲强度的降低，因而利用振型曲率为模态位移的二阶偏微分来识别。振型曲率法的最大优点是不需要无损伤模型进行对比；不足之处是量级非常小，实际测量振型曲率需要非常密集的测点，只在损伤位置附近振型曲率会对小损伤敏感。

叶黔元［24］等认为只有利用能够表征结构局部特性信息的模态参数曲率模态的变化，才能完成桥梁状态监测工作。并以1:10钢析架桥梁模型为研究对象，用有限元模型及实验模型进行局部损伤的识别，实验采用锤击法及变时基（vTB）技术对桥梁模型进行了模态分析。唐天国、刘浩吾、陈春华、刘晓森［25 ］得出应变能变化量较振型对局部损伤更为敏感，仅利用前三阶模态参数，能较准确的检测到损伤位置，表明应变能指标比位移型指标（振型）对局部损伤位置具有更好的识别能力；郭巍［26］介

绍了应变模态测试技术，通过测定频响传递函数得出应变模态和位移模态的方法；顾培英、陈厚群、李同春、邓昌［27］等研究了基于应变模态差分原理的直接定位损伤指标法，该方法无需利用损伤前的模态数据、直接根据损伤后应变模态进行差分运算定位损伤。

2.3基于结构测试品相函数的损伤识别

频响函数（Frequency Response Functions } FRF是线性结构系统动态特性的频域描述。它的应用范围十分广泛，测量的输入输出信号种类很多，对于机械系统一般的输入信号为力、加速度、速度或者位移而输出的信号同样也可以是这些参数。

李学平、余志武［28］研究了一种由试验测得的频响函数数据进行结构损伤定位和损伤程度评估的方法。由于很难测得实际结构的所有频响函数数据，而且求频响矩阵的逆阵可能产生病态问题，因此借助有限元模型，仅用少数几个频响函数便可进行损伤识别，通过数值模拟结果表明，该方法能够达到满意的精度。

邹大力、屈福政、孙铁兵［29］直接应用频响函数（（FRF）进行结构的损伤识别。通过对FRF的主成分分析（（PCA）实现数据压缩和特征提取，建立基于压缩FRF 的优化目标函数。为了提高算法的收敛速度，以结合局部搜索算法((LS)的遗传算法(GA) 为优化工具，并进一步结合子结构识别法来求解，基于彬架的计算结果表明，这种

方法具有很好的鲁棒性和识别效果。

3海洋平台健康监测新方法

声发射技术是利用仪器对声发射进行检测、记录、分析，并根据信号特征推断声发

射源的技术，该技术可以灵敏的检测材料内应力变化过程。

声发射信号来源十自身的缺陷，包含缺陷的实时信息，可以此评估缺陷的发展趋势;对大型结构的整体检测，经济、高效；可提供随工况变化的瞬态或连续信息，实现过程监控，可用十损伤破坏程度的预测；不受与被检测工件的距离影响，可以实现高低温、核辐射、易燃、易爆和极毒等极端环境下的检测；对构件的几何形状要求不高，可用十检测形状复杂的结构；可对缺陷在进行定位，从而为损伤检查和修复提供位置信息，提高检测效率与可靠性；由十几乎所有材料在变形和断裂时均产生声发射，因此该方法适用范围较广；可进行实时在线监控及远程网络监控，克服了其他无损检测方法难以实现在线和远程监控的不足。因此，运用声发射检测技术可以有效的实现对海洋平台关键结构的健康检测[30]0

3.1小波变换法

小波分析是近30年来新兴起来的一种新时频分析方法，可以实现同时从时域和频域两个方面表征信号局部特征，而且可以根据信号的具体形态灵活调整时间窗和频率窗的大小。一般而言，低频部分对应较低的时间分辨率，而较低的频率分辨率可以准确的实现高频信号的时间定位。

小波分析方法的优势在于它在各个领域中都有很大的作用，目前无论是在地震助测、模式语音识别、机器视觉、流体力学、医学成像、分形、机械故障诊断、土木结构的损伤检测等各个领域，都广泛的应用了小波理论。小波分析除了可以对信号进行分解及重构外，还可以对信号进行以下处理[31]:

(1)识别信号的奇异性并进行检测。信号的奇异和突变补发通常蕴含了重要的信息，这些地方的信息需要被识别并且被放大显示出来，对信号的蕴含的异常信息破译出来，小波分析方法对信号进行多尺度分析之

后，便可以用信号奇异点进行放大，

根据系数差值模的最大值来破译奇异点

（2）信号的消噪处理。在信号识别过程中，噪声会降低对信号的识别度，影响检测

结果，为此，在小波进行信号分解的同时运用有限阀值的方式对信号进行重构，我们称之为小波消噪。

（3）识别有用信号中含噪信号的趋势。信号包含的信息通常体现在频率较低的波段，并且和低频的系数相辅相成，一旦小波分析的尺度增加，分辨率也会增加，这样信号明显度的增加可以把隐藏在噪声中的信号显示出来，就可以提取有用的信号进行损伤识别。

（4）对信号进行压缩。对于信号中包含信息较少的部分，如低频部分和高频部分，可以采用将二者的系数分解后重新组合，这种方式既能够精确的展现原信号，又能够起到对信号进行压缩的作用。一旦结构被检测出损伤，信号中便会出现奇异点或者不规则的地方。依据小波变化基本理论，我们可以应用小波变换的方法对所提取的信号进行分析处理，从而判断出结构是否出现损伤。20世纪90年代以后，小波分析方法广泛的应用到了机械结构故障的检测中来了，并且取得了较好的研究成果。

D.E.Newland首先把小波分析运用于结构振动信号的分析和处理［32］；Kasi和Amaravadi等人将飞机框架结构的复合材料粘贴强度作为损伤的对象，综合运用正交小波分解与神经网络方法对其进行损伤的定位和定量的识别，将复合材料的模态曲率设定为结构的损伤指标，并综合运用小波图谱和神经网络等方法对结构进行损伤识别，并且效果显著［33］。

3.2基于神经网络和遗传算法的损伤识别方法

目前神经网络和遗传算法是结构损伤识别的一个研究热点，出现了大量的研究论文。信思金［34］等以光纤光栅为传感元件，四边简支板为研究对象，BP神经网络为信号处理手段，研究了光纤光栅传感器和BP神经网络在结构损伤识别中的应用，实验表明，光纤光栅传感器具有灵敏度高、稳定性好的特点，是结构损伤识别中的一种新的信号采集工具。采用光纤光栅作为传感元件，不仅可使BP神经网络成功地实现对四边简支板的损伤识别，而且提高了结构损伤识别的精度。

刘书贤［35］等应用人工神经网络技术提取结构的固有频率的变化为特征参数，建

立结构损伤识别模型，提出用遗传算法来调整神经网络的权值，并对一个框架模型进行了损伤数值模拟计算，即基于遗传算法一神经网络方法的结构损伤识别的研究。该方法

弥补了传统的神经网络BP网络收敛速度慢，易陷入局部极小点等缺陷。结构表明，该方法具有收敛速度快和识别精度高的特点。焦莉、李宏男［36］目的基于误差传播算法的BPNN和基于自适应共振理论的ART神经网络，提出一种祸合神经网络的三级识别模型，以实现对结构损伤的自主识别。方法采用分步识别的思想，利用ART 神经网络首先识别出有损伤的层，然后用遗传算法搜索最佳的BP神经网

络结构来分别识别结构损伤的具体位置和损伤程度。结果通过对结构健康监测基准问题的计算表明，提出的祸合神经网络的识别模型能够自主识别结构损伤的发生，正确识别结构损伤的具体位置和损伤程度。结论基于误差传播算法的BPNN和基于自适应共振理论的ART神经网络组成的祸合神经网络识别模型具有自主识别结构损伤发生的能力，且识别速度快，能够正确识别结构损伤发生的具体位置和损伤程度，适宜于在线监测。

师本强［37］采用一个四自由度的弹簧质量系统。通过数据计算表明以动柔度作为损伤识别参数比单独用固有频率或振型时的灵敏度高。本文提出了以动柔度变化矢量为损伤识别参数，采用神经网络方法建立了动柔度变化矢量与损伤位置和损伤量的关系，解决了结构的损伤定位和定量识别问题，用一个混凝土简支梁模型对该方法进行了验证，说明该方法是切实可行的。

目前基于振动的结构健康监测方法已经得到了众多学者的认同和重视，逐渐成为结构健康监测的热点。然而对于海洋平台这一大型复杂结构，一方面由于人工激励难以施加；另一方面由于海洋平台所处环境的极度恶劣，环境激励难以准确测量，各种方法均未能达到令人满意的监测效果。因此，进行海洋平台的结构健康监测还有很长的一段路要走，特别是基于环境激励下的结构健康监测新方法研究工作。

3.3智能主动控制方法

智能控制［38,39］(lntelligent Control )是将人工智能理论与技术、运筹学优化方法，并将其同控制理论方法和技术相结合，在未知环境下，仿效人的智能，实现对系统的控制。

海洋平台长期在恶劣的海洋环境下工作，时时刻刻受到风浪流等环境载荷的作用，所引起的振动问题已经得到了平台业主以及科研人员的广泛关注，对此进行了深入的研究并且已经取得了一定的成果，但是由于海洋平台的振动控制问题涉及到多个学科，需要在多个方面有所突破，因此目前的多数相关研究仍然停留在理论阶段，距离实际应用

仍有相当大的距离，但这却是海洋平台振动问题解决的主要方向。目前对海洋平台振动控制的研究一般采用的是传统的结构控制方法，例如被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制等。中国船舶科学研究中心的桂洪斌、上海交通大学金咸定等［40、41］对海洋平台结构所承受的载荷以及振动控制研究进行了系统的综述。

Le.HH(199v)［42］在导管架的斜撑上设置了粘弹性阻尼器，用来增加结构阻尼，从而减小结构的振动响应。欧进萍［43-44］等从1997年开始为解决渤海海洋平台结构的冰激振动问题，研究了斜撑式粘弹性耗能减振和粘滞耗能减振方案，并且进行了相应的模型实验；但是实验结果表明由于平台水上狭小的空间限制了耗能器的数量及其相对变形。其后进一步研究了隔振装置在导管架平台上的应用，在导管架端帽和甲板之间设置柔性阻尼层，对多种冰载荷工况和地震工况进行了数值模拟，取得了良好的减振效果。

调谐质量阻尼器(TMD)和调谐液体阻尼器(TLD)在海洋平台振动控制中的研究和应用也得到了广大学者的关注。陆建辉等［45,46］研究了随机波浪载荷作用下TMD 对固定式钢结构海洋平台的振动控制，随机波浪力由等效线性化的Moriosn方程来

确定。孙树民［47, 48］在采用TMD对独桩平台的波浪响应控制进行研究时，考虑了流体一桩一土相互作用的影响。计算结果表明适当选择TMD的参数可以有效地控制

独桩平台的波浪响应。李宏男(1996)［49，50］采用TLD对海洋平台进行了地震响应振动控制研究，探讨了TLD参数对于平台减振效果的影响。王翎羽等［51］研究了调谐液体阻尼器(TLD)的减振原理及其在JZ20 —MUQ平台上的减振应用。

韦林［52 ］对近海平台中的振动问题进行了最优控制的研究，通过对被控平台设置各种有效的振动控制阻尼器，包括调谐液体阻尼器和调谐质量阻尼器，详细分析了平台主动振动与被动控制的减振效果，从而寻求最优控制的实施方案?结果表明适合海洋平台上构造的TMD和TLD可以在主动与被动控制下有效地减弱振动效应。

李华军、祛春艳、吴永宁等［53,54］依据设计目标中对安全性和经济性的权衡，通过使得二次型控制目标函数最优最小化，推导出随机最优控制力的计算方法，从而实现最优控制的目的。结果表明海洋平台的前馈?反馈控制比TMD控制、反馈控

制有更好的减振效果，可以在宽广的范围内实现大幅度减振。

但是到目前为止，海洋平台振动控制一般都是采用传统的控制方法，由于传统控制方法所存在的一些固有缺陷，使得控制的效果以及范围有限。挪威Knaegoaknar 对海洋

平台智能技术的应用现状和未来作了全面评述。智能技术就是使结构能够敏感地反映海洋环境的任何变化，并能够迅速作出反应包括自动调节自身的结构和材料参数，改变与周围环境的相互作用，甚至有效地改变作用环境。目前在材料方面不仅改变其机械性能，而且改变其电磁性能，从而满足传感器和激励的多方面的要求.智能技术在海洋平台结构设计、使用和开发中将会越来越发挥其独特的优势。

结论

海洋平台结构健康监测研究尚处于基础性的探索阶段，距离实用性目标尚有很大的差距。目前存在的问题及发展方向有以下几个方面：

(1) 损伤机理的研究。到目前为止，判断损伤是否存在、如何确定损伤的位置和计算损伤量的大小仍是主要问题，而且目前还无法解决损伤对结构寿命的影响问题。

(2) 识别小损伤的研究。对于大型结构，小损伤对系统参数影响较小，再加上噪声的影响的存在，众多的损伤识别方法无法诊断出小损伤。但是海洋平台小损伤在较短的时间内会发展为大损伤。小损伤对系统参数影响较小，对局部参数影响较大，因此识别小损伤成为研究的热点。

(3) 非线性损伤诊断技术的研究。实际工程结构都是非线性结构，只是非线性的强弱不同而己。小波分析、神经网络和遗传算法由于在非线性系统辨识方面的优势而在结构的健康监测和诊断方面具有不可估量的应用前景。考虑如何将其他领域应用成熟的技术如应力波理论、声发射技术等应用到土木工程中来也是目前的一个大的发展方向。

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