基于小波分析的海洋平臺結構損傷檢測技術探討

摘 要：海洋平臺作業(yè)環(huán)境特殊，加上負載影響，以致平臺經常出現不用形式的結構損失，使得平臺結構承載力大打折扣。文章將在了解小波分析基本原理的基礎上，深入研討小波分析在海洋平臺結構損傷檢測中的應用方法。

關鍵詞：小波分析；海洋平臺；結構損傷檢測

1 小波分析基本原理

1.1 時間與頻率的局域變換

小波分析的時間、頻率轉換，僅發(fā)生于局域，從而為外界信號騰出更多的自主適應空間，因此無論是時域，還是頻域，都表現出優(yōu)越的局部化性質。正是這種優(yōu)越局部化性質的存在，小波分析時即便有高頻信號或者低頻信號的存在，小波分析都能夠在這些時快時慢的變化信號中，準確找到所需的信息，并采用伸縮運算或者平移運算的方法，完成信號的多尺度分析，因此，小波分析也具有信號分析中的“數學顯微鏡”之美譽。

1.2 多分辨分析

多分辨分析，又稱之為多尺度分析，它利用正交小波基MEYER來展開圖像，應用MEYER小波來處理圖像。它是一種基于函數空間概念的理論，構造出一組統一形式的函數空間，在一定的空間內，函數會出現標準化的正交際，而此時如果借助正交小波基構造方法，在保持正交小波變化速度穩(wěn)定的前提下，即可通過采樣率濾波器，完成數據的濾波處理，同步彰顯出小波變化和數字濾波的綜合優(yōu)勢。

1.3 小波變換

時頻域分析，事實上是小波變化的本質體現，同時也有時域、頻域等表征信號的出現，甚至可以認為是變形分析的工具。這種工具在環(huán)境復雜的海洋平臺中應用，可以避免受到動力特性變化和結構響應信號變化的影響，都能夠在動態(tài)系統內，進行信號的快速轉換，同時完成信號奇異性的檢驗。一旦發(fā)現空間有突變信號的存在，小波分析亦可跟隨信號的變化速度，以合理的分解尺寸，針對性處置各種信號突變問題。

2 小波分析在海洋平臺結構損傷檢測中的應用

在海洋平臺結構損傷檢測，無論是類型差異的損傷結構，還是類型相同但位置不同的損傷結構，都要兼顧噪音和振動對損傷檢測的干擾，作者結合相關的工程經驗，提煉出以下海洋平臺結構損傷檢測中小波分析的應用方法。

2.1 損傷位置的確定

小波分析在海洋平臺結構檢測是一種比較有效的方法。當海洋平臺的構件在受到船體或是重物撞擊后，平臺結構的立柱、斜撐、橫撐都出現損壞，小波分析可快速捕捉這些構件部位的節(jié)點加速度信號，并迅速判斷這些構件部位是否有損傷。

2.2 損傷識別的影響

海洋平臺結構的損傷識別，局部超靜定結構是主要影響因素之一，當損傷發(fā)生的位置是在局部超靜定結構之外的其他地方，這個時候對位于超定靜結構中的節(jié)點加速度信號進行小波變換分析，可能無法正確判斷出結構是否有損傷，另外，如果局部超靜定結構損傷程度微乎其微，即使小波分析可得出檢測結果，亦難以確定判斷結構是否有損傷。對于這些損傷識別影響因素，作者認為有必要在檢測時，從各個方向檢測節(jié)點加速度信號的變化頻率，譬如立柱單元結構異常，可分別從兩個以上的軸線方向，在檢測平臺上分析節(jié)點加速度信號，就能夠綜合確定平臺結構的損傷情況，再如橫撐、斜撐單位有異常，亦可在兩個以上的軸線方向，分析受損單位不同節(jié)點的加速度信號，進而準確判斷結構的損傷情況。除此之外，小波分析在噪音的干擾下，其準確率同樣可能有所降低，作者建議海洋平臺損傷檢測時的小波分析，盡量在噪音影響比較小的情況下進行，譬如5%左右的高斯白噪聲；或者采用分階段的方式，分析不同噪音階段的細節(jié)信號情況，進而從信號當中，捕捉出結構損傷的振幅變動，一旦噪音污染加劇，需中止檢測。

2.3 其他應用建議

海洋平臺的損傷除了來自船舶或重物撞擊造成的之外，也有可能是由于海水的腐蝕造成而出現裂紋等等，這些結構損傷的形成過程是相當緩慢的，小波分析檢測技術對這類的損傷的檢測還不能很好的發(fā)揮作用，所以在檢測的時候要初步判斷出造成損傷的原因，再來選擇合適的方法進行檢測。在海洋平臺結構檢測過程中，如果想要得到海洋平臺動力響應在實踐軸上的規(guī)律就要求有較高的頻域分辨率，而得到不同時間段的規(guī)律則需要較高的時域分辨率。信號的高頻和低頻部分一般都帶有重要的信息，所以既要從整體上來描述信號的全局性特征，又要從局部分析得到信號的不平穩(wěn)性，這樣就可以從信號中提取出更多具有重要特征的信息。

3 結束語

海洋平臺結構是屬于大型化、復雜化的結構，在惡劣的海洋環(huán)境中服役的時候，由于受自身荷載影響和外在因素的作用下會產生損傷積累問題，這些積累的損傷如果沒被及時探測到的話就會影響到整體的強度和剛度，轉而發(fā)生更大的結構損傷積累，而小波分析檢測技術則能夠有效的探測到這些微小損傷的存在，因此，研究小波分析檢測技術對檢測、分析海洋平臺結構損傷有著重要的意義。

參考文獻

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