聲發(fā)射檢測(cè)中傳感器布置及聲源定位的研究.pdf

1、海洋蘊(yùn)含著極為豐富的資源,海洋平臺(tái)作為海洋資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)性設(shè)施,是海上生產(chǎn)作業(yè)和活動(dòng)的基地,因此海洋平臺(tái)健康狀況檢測(cè)是海洋平臺(tái)安全與防護(hù)的重要一環(huán),及時(shí)發(fā)現(xiàn)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)中的裂紋對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生具有重要意義。聲發(fā)射技術(shù)作為一種新型動(dòng)態(tài)的檢測(cè)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域,研究海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù),有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋平臺(tái)健康狀況的實(shí)時(shí)掌握。本文針對(duì)海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射檢測(cè)中的傳感器布置及聲源定位進(jìn)行了研究,目的在于利用相對(duì)較少的傳感器實(shí)現(xiàn)海

2、洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的全局檢測(cè),為海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估和健康診斷提供依據(jù)。
　　 本文以導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型為研究對(duì)象,在理論分析導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型中裂紋形成和擴(kuò)展所產(chǎn)生聲發(fā)射波的傳播特性的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了能量衰減特性的試驗(yàn)研究,并基于能量衰減進(jìn)行了聲發(fā)射傳感器布置的研究,通過(guò)聲發(fā)射檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行了聲發(fā)射源定位的研究。
　　 在預(yù)制的導(dǎo)管架海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型上,進(jìn)行斷鉛模擬聲發(fā)射源實(shí)驗(yàn),測(cè)量計(jì)算出平均實(shí)際波速約為3487m/s,信號(hào)幅值

3、在距聲源的距離增大到一定值時(shí)呈現(xiàn)明顯的衰減規(guī)律,為確定最大傳感器間距并進(jìn)行傳感器布置提供了依據(jù)。
　　 在導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型的一個(gè)管節(jié)點(diǎn)處,進(jìn)行了能量衰減特性的試驗(yàn)研究,推導(dǎo)出能量衰減系數(shù)α的取值范圍為0.30～1.70,在不同支撐上距聲源位置相同距離處,衰減系數(shù)不盡相同。這是因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)介質(zhì)并非完全彈性介質(zhì),波在傳播時(shí)不僅由于幾何因素(即隨著波陣面的擴(kuò)大,彈性波的能量將分布在更大的體積內(nèi),從而使得單位體積內(nèi)的能量減小)而按照一

4、定的比例衰減,它還受到結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸等多種因素的影響,所以在實(shí)際傳播過(guò)程中的衰減要更復(fù)雜,通過(guò)試驗(yàn)研究也證明了這一點(diǎn)。
　　 根據(jù)管節(jié)點(diǎn)處能量衰減特性試驗(yàn)研究的結(jié)論,首次提出基于能量衰減的傳感器布置方法,初步推導(dǎo)出試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑徒Y(jié)構(gòu)全局檢測(cè)共需布置22個(gè)傳感器,并得出了傳感器的布置結(jié)構(gòu)。聲發(fā)射傳感器布置的研究是海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)聲發(fā)射研究中的關(guān)鍵一環(huán)。但是,聲發(fā)射傳感器的布置跟平臺(tái)結(jié)構(gòu)材料、尺寸等因素息息相關(guān),有關(guān)的理論研究少之又少

5、,現(xiàn)階段均需要通過(guò)試驗(yàn)獲取有用數(shù)據(jù)。
　　 最后根據(jù)聲發(fā)射源定位的原理,采用時(shí)差線定位法對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型的一條主腿進(jìn)行了聲發(fā)射源模擬試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,實(shí)際聲源位置與試驗(yàn)所得位置間的誤差在7mm以內(nèi),測(cè)定出的聲源位置比較合理。從而驗(yàn)證了應(yīng)用時(shí)差線定位法對(duì)導(dǎo)管架平臺(tái)結(jié)構(gòu)的某一支撐進(jìn)行單一損傷位置確定(即聲源定位)的可行性。
　　 綜合試驗(yàn)結(jié)果及分析可知,聲源定位精度的關(guān)鍵影響因素是聲發(fā)射波的衰減及疊加,同時(shí),定位方法