導(dǎo)管架平臺(tái)應(yīng)變監(jiān)測(cè)傳感器優(yōu)化布置

王火平，王德洋

(1.中海石油深海開(kāi)發(fā)有限公司 深水工程建設(shè)中心，廣東 深圳 518067；2.清華大學(xué) 深圳國(guó)際研究生院，廣東 深圳 518000)

0 引 言

導(dǎo)管架平臺(tái)作為重要的海洋油氣開(kāi)采基礎(chǔ)設(shè)施，在海洋工程中得到了廣泛應(yīng)用。眾所周知，風(fēng)、浪、流等環(huán)境載荷作用于平臺(tái)和各子系統(tǒng)，導(dǎo)致長(zhǎng)期的循環(huán)響應(yīng)和疲勞損傷累積[1]。通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)導(dǎo)管架平臺(tái)關(guān)鍵位置疲勞損傷，可掌握結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的衰減和結(jié)構(gòu)整個(gè)生命周期的安全狀態(tài)演變，因此應(yīng)變監(jiān)測(cè)具有重要的工程意義[2-3]。

隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)變測(cè)量已普遍用于大型結(jié)構(gòu)的在線結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。LI等[4]提出通過(guò)從分布式長(zhǎng)規(guī)格光纖傳感器測(cè)量的應(yīng)變響應(yīng)來(lái)定位和量化損傷。KATSIKEROS等[5]基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量開(kāi)發(fā)一種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法。BENEDETTI等[6]專(zhuān)注于使用合適的應(yīng)變傳感器在風(fēng)塔的關(guān)鍵位置進(jìn)行裂縫檢測(cè)。

對(duì)于監(jiān)測(cè)而言希望安裝更多的傳感器獲得更多的數(shù)據(jù)，但實(shí)際上受到工期費(fèi)用等制約只能安裝有限個(gè)傳感器，這就要求根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行傳感器優(yōu)化布置，選擇更適合的點(diǎn)安裝傳感器。針對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)，需要在應(yīng)力敏感區(qū)域安裝應(yīng)變傳感器，才能測(cè)得環(huán)境激勵(lì)下結(jié)構(gòu)的應(yīng)變變化量。從設(shè)計(jì)層面，用于強(qiáng)度計(jì)算的導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)有限元建模均采用管單元和梁?jiǎn)卧撃Ｐ涂煞从硨?dǎo)管架結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力分布狀態(tài)，但無(wú)法表征局部位置的應(yīng)力狀態(tài)。應(yīng)變傳感器測(cè)量的是結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)力，有限元模型的梁?jiǎn)卧獌H能反映軸力和截面彎矩的大小，無(wú)法對(duì)應(yīng)測(cè)量數(shù)據(jù)的信息，因此需要在監(jiān)測(cè)位置處建立三維實(shí)體單元或殼單元來(lái)反映測(cè)試數(shù)據(jù)的信息。……