CN112115540B - 一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及*** - Google Patents

一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及*** Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及***，涉及海工平台技术领域，该方法包括以下步骤：获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；将各泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值任意组合，计算获得对应的各理论结构应力；选取一时间段，当时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；计算获得结构应力分布情况，结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。本申请对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。

Description

一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及***
技术领域
本发明涉及海工平台技术领域，具体涉及一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及***。
背景技术
海工平台长期远离陆地，具有“孤岛式”运行的特点，故障处理不当会造成严重的社会影响，并且服役周期约几十年，海上维修费用昂贵，严重影响其运行经济性。
疲劳破坏是海工支撑结构的主要破坏模式之一，因此准确地诊断海工支撑结构的疲劳状态，对于其结构优化设计和安全分析具有重大的意义。
海工支撑结构的疲劳现象受到大量不确定因素的影响，传统的诊断方法是进行疲劳累积损伤分析，即根据弹性力学方程与有限元分析计算海工支撑结构的所有节点应力，依据材料疲劳S-N曲线对高应力区进行插值计算，预测结构体的疲劳寿命。因此，海工支撑结构疲劳诊断的核心，在于建立高精度的海工支撑结构应力分布。目前，传统的海工支撑结构疲劳诊断方法仍然是基于传统经验进行单一模型分析，而按照实时测量应力方式，传感器布置数量有限，两者精确度仍然有限，难以满足适应复杂海洋环境的海工支撑结构疲劳分析需求。
因此，为了满足现阶段的使用需求，现提供一新的海工支撑结构疲劳分析技术方案。
发明内容
本申请实施例提供一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及***，对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。
第一方面，提供了一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，所述方法包括以下步骤：
对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
选取一时间段，当所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将所述理论结构应力对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
具体的，所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围，获得多个泊松比阈值子范围、弹性模量子阈值范围以及剪切模量阈值子范围，具体包括以下步骤：
选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值。
具体的，海工支撑结构的泊松比记作μ，所述泊松比阈值范围为【μa，μb】；
海工支撑结构的弹性模量记作E，所述弹性模量阈值范围为【Ea，Eb】；
海工支撑结构的剪切模量记作G，所述剪切模量阈值范围为【Ga，Gb】；
选定经验参数个数为n+1，根据所述经验参数个数分别对所述泊松比阈值范围、所述弹性模量阈值范围以及所述剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分；
多个所述泊松比阈值子数值分别为μa，
Figure BDA0002704563150000031
Figure BDA0002704563150000032
多个所述弹性模量阈值子数值分别为Ea，
Figure BDA0002704563150000033
Figure BDA0002704563150000034
多个所述剪切模量阈值子数值分别为Ga，
Figure BDA0002704563150000035
Figure BDA0002704563150000036
所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值进行任意组合，每个经验参数有(n+1)种形式，共有(n+1)3种组合方式。
进一步的，所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理之前，所述方法还包括以下步骤：
实时监测海工支撑结构各监测点的测量结构应力、支撑边界应力以及支撑边界位移。
具体的，所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure BDA0002704563150000041
所述时间段对应的所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure BDA0002704563150000042
其中，
ta～tb为对应的时间段，f(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的所述测量结构应力，f(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的所述测量结构应力，f(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的所述测量结构应力；
f'(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的所述理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的所述理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的所述理论结构应力。
具体的，利用预设的第一应力传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的测量结构应力，利用预设的第二应力传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的支撑边界应力，利用预设的位移传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的支撑边界位移。
具体的，所述支撑边界应力包括：fx(t)、fy(t)和fz(t)；
所述fx(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的测量结构应力；
所述fy(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的测量结构应力；
所述fz(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的测量结构应力。
具体的，所述支撑边界位移包括：u(t)、v(t)、w(t)；
所述u(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的支撑边界位移；
所述v(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的支撑边界位移；
所述w(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的支撑边界位移。
第二方面，提供了一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析***，所述***包括：
参数分割单元，其用于对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
理论结构应力计算单元，其用于将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
最佳经验参数组获取单元，其用于选取一时间段，确定在所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
疲劳分析单元，其用于根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
具体的，所述最佳经验参数组获取单元，其具体用于选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请提供了一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及***，对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例1提供的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法的步骤原理图；
图2为本申请实施例1提供的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法的传感器布设示意图；
图3为本申请实施例1提供的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法的原理流程图；
图4为本申请实施例1提供的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法中利用ANSYS模拟的应力分布效果图；
图5为本申请实施例2提供的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析***的结构框图；
附图标记：
1、参数分割单元；2、理论结构应力计算单元；3、最佳经验参数组获取单元；4、疲劳分析单元。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法及***，对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。
为达到上述技术效果，本申请的总体思路如下：
一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，该方法包括以下步骤：
S1、对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
S2、将各泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
S3、选取一时间段，当时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将理论结构应力对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
S4、根据最佳经验参数组合、测量结构应力、支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
实施例1
参见图1～4所示，本发明实施例提供一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，该方法包括以下步骤：
S1、对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
S2、将各泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
S3、选取一时间段，确定在时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
S4、根据最佳经验参数组合、测量结构应力、支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
本申请实施例，对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。
需要说明的是，在对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理之前，方法还包括以下步骤：
实时监测海工支撑结构各监测点的测量结构应力、支撑边界应力以及支撑边界位移。
具体的，利用预设的第一应力传感器实时监测海工支撑结构对应监测点的测量结构应力，利用预设的第二应力传感器实时监测海工支撑结构对应监测点的支撑边界应力，利用预设的位移传感器实时监测海工支撑结构对应监测点的支撑边界位移。
其中，第一应力传感器、第二应力传感器以及位移传感器的布设数量以及方位，根据海工支撑结构的具体结构情况、成本以及操作难度进行适应性调整。
具体的，支撑边界应力包括：fx(t)、fy(t)和fz(t)；
fx(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的测量结构应力；
fy(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的测量结构应力；
fz(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的测量结构应力。
具体的，支撑边界位移包括：u(t)、v(t)、w(t)；
u(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的支撑边界位移；
v(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的支撑边界位移；
w(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的支撑边界位移。
本申请实施例中，重点在于获得最佳经验参数组合，由于经验参数对于结构疲劳分析的结果影响较大，故而，如何获得合适的经验参数至关重要。
具体的，对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围，获得多个泊松比阈值子范围、弹性模量子阈值范围以及剪切模量阈值子范围，具体包括以下步骤：
选定一经验参数个数，根据经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值。
具体实施时，海工支撑结构的泊松比记作μ，泊松比阈值范围为【μa，μb】；
海工支撑结构的弹性模量记作E，弹性模量阈值范围为【Ea，Eb】；
海工支撑结构的剪切模量记作G，剪切模量阈值范围为【Ga，Gb】；
选定经验参数个数为n+1，根据经验参数个数分别对泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分；
多个泊松比阈值子数值分别为μa，
Figure BDA0002704563150000101
Figure BDA0002704563150000102
多个弹性模量阈值子数值分别为Ea，
Figure BDA0002704563150000103
Figure BDA0002704563150000104
多个剪切模量阈值子数值分别为Ga，
Figure BDA0002704563150000105
Figure BDA0002704563150000106
泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值进行任意组合，每个经验参数有(n+1)种形式，共有(n+1)3种组合方式。
进而，由于经验参数存在(n+1)3种组合方式，故而针对(n+1)3种经验参数组合方式的每一种输入条件，可以根据力分布机理模型f'(p,t)，计算得到海工支撑结构上m个点的理论应力f'(p1,t)，f'(p2,t)...f'(pm,t)；其中，
f'(p1,t)为第一个监测点的理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点的理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点的理论结构应力。
具体的，所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure BDA0002704563150000111
时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure BDA0002704563150000112
其中，
ta～tb为对应的时间段，即【ta，tb】，f(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的测量结构应力，f(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的测量结构应力，f(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的测量结构应力；
f'(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的理论结构应力，
为了方便表达，p表示xyz这一空间上的具***置，其指的就是支撑结构空间上的坐标位置(x，y，z)。
根据总误差的最小值，确定在时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合，此时的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值则是我们在后续进行结构疲劳分析时需要用到的经验参数，能够在一定程度上提高结构疲劳分析结果的可靠性。
需要说明的是，根据最佳经验参数组合、测量结构应力、支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析时，具体可以是：
根据上述方式确定任意一段时间【ta，tb】内经验参数的最佳经验参数组合，通过应力分布机理模型计算就能获得高精度的、完整的海工支撑结构应力分布；
在此基础上可依据材料疲劳S-N曲线对高应力区进行计算，从而较为准确地预测海工支撑结构的疲劳寿命；
当然，也可以利用成熟的有限元分析软件进行模拟，具体如ANSYS有限元计算软件，其是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在此，对应力分布机理模型进行介绍，应力分布机理模型中配置有多个基本方程，分别是平衡微分方程、几何方程、物理方程、变形协调方程，在弹性力学里分析问题，需从三个方面来考虑：静力学方面、几何学方面和物理学方面；
假设取出物体的一个微小的正平行六面体它在x、y和z方向的尺寸分别是dx、dy和dz。根据静力平衡条件、几何方程、物理方程以及变形协调方程，在不同边界条件进行静力求解。
基本方程的具体情况如下：
1、平衡微分方程：
平衡微分方程描述的是应力分量与外力分量的关系式，根据静力平衡条件，可得出以下平衡微分方程：
Figure BDA0002704563150000131
Figure BDA0002704563150000132
Figure BDA0002704563150000133
式中：
σx为x方向正应力，σy为x方向正应力，σz为x方向正应力；
τxy为xy平面切应力，τyz为yz平面切应力，τxz为xz平面切应力；
fx为x方向的外力，fy为y方向的外力，fz为z方向的外力。
2、几何方程：
几何方程描述的是应变分量与位移分量之间的关系式，表达式如下：
Figure BDA0002704563150000134
Figure BDA0002704563150000135
Figure BDA0002704563150000136
Figure BDA0002704563150000137
Figure BDA0002704563150000138
Figure BDA0002704563150000139
式中：
εx为x方向正应变，εy为y方向正应变，εz为z方向正应变；
γxy为xy平面切应变，γyz为yz平面切应变，γxz为xz平面切应变；
u为x方向位移，v为y方向位移，w为z方向位移。
3、物理方程：
物理方程是描述应变分量与应力分量之间的关系式。对于各向同性材料，可根据胡克定律建立如下表达式：
Figure BDA0002704563150000141
Figure BDA0002704563150000142
Figure BDA0002704563150000143
Figure BDA0002704563150000144
Figure BDA0002704563150000145
Figure BDA0002704563150000146
式中：
μ为泊松比；
E为弹性模量；
G为剪切模量；
应变参数εx、εy、εz，γxy、γyz、γzx与上式一致；
应力参数σx、σy、σz，τxy、τyz、τzx与上式一致。
4、变形协调方程：
变形协调方程也称为变形连续方程或相容方程，描述六个应力分量之间所存在的关系式。
同一平面内的正应力与切应变的表达式：
Figure BDA0002704563150000147
Figure BDA0002704563150000148
Figure BDA0002704563150000149
式中：
应变参数εx、εy、εz，γxy、γyz、γzx与上式一致；
应力参数σx、σy、σz，τxy、τyz、τzx与上式一致。
非同一平面内的正应力与切应变的表达式：
Figure BDA0002704563150000151
Figure BDA0002704563150000152
Figure BDA0002704563150000153
式中：
应变参数εx、εy、εz，γxy、γyz、γzx与上式一致；
应力参数σx、σy、σz，τxy、τyz、τzx与上式一致。
变形协调方程的数学意义：使六个几何方程不相矛盾。变形协调方程的物理意义：物体变形后每一单元体都发生形状该改变，如变形不满足一定的关系，变形后的单元体将不能重新组合成连续体，其间将产生缝隙或嵌入现象。为使变形后的物体保持连续体，应变分量必须满足的关系。
需要说明的是，单凭上述任一方程不能求解每个单元的应力分，求解一个单元的应力分布，需要将平衡微分方程、几何方程、物理方程(即胡克定律)以及变形协调方程联立，进行求解方可确定。
对于此种支撑结构，对边界应力参数与边界位移参数进行测量，并作为输入，可以求解边界单元的应力分布；以边界单元的应力分布结果作为输入，可以逐渐求得其他单元的应力分布，这种则是有限元数值计算的方法。
有限元法也叫有限单元法，基本思想是将一个结构或连续体的求解域离散为若干个子域(单元)，两相邻单元之间只通过若干点相互连接，每个连接点称为节点，通过所有单元边界的节点相互联结成组合体。有限元法是通过和原问题数学模型(基本方程、边界条件)等效变分原理或加权余量法，建立求解基本未知量的代数方程组或微分方程组。此方程称为有限元求解方程，并表示为矩阵形式。然后用数值方法求解此方程，从而得到问题的解答。有限元建模内容主要包括以下两步骤：
网格划分：把结构按照一定规则离散(分割)成有限单元；
边界处理：把作用在结构边界的约束和载荷处理为节点约束和节点载荷。
综上，利用基本方程用来求解每个单元的应力分布，再有限元数值计算用来求解整个结构的应力分布。
实施例2
参见图5所示，本发明实施例提供一种基于实施例1的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析***，该***包括：
参数分割单元1，其用于对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
理论结构应力计算单元2，其用于将各泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
最佳经验参数组获取单元3，其用于选取一时间段，确定在时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
疲劳分析单元4，其用于根据最佳经验参数组合、测量结构应力、支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
本申请实施例，对经验参数进行拆分模拟，从而对经验参数进行优化，为疲劳分析的可靠性提供数据依据，为海工支撑结构疲劳分析提供帮助。
需要说明的是，在对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理之前，方法还包括以下步骤：
实时监测海工支撑结构各监测点的测量结构应力、支撑边界应力以及支撑边界位移。
具体的，利用预设的第一应力传感器实时监测海工支撑结构对应监测点的测量结构应力，利用预设的第二应力传感器实时监测海工支撑结构对应监测点的支撑边界应力，利用预设的位移传感器实时监测海工支撑结构对应监测点的支撑边界位移。
其中，第一应力传感器、第二应力传感器以及位移传感器的布设数量以及方位，根据海工支撑结构的具体结构情况、成本以及操作难度进行适应性调整。
具体的，支撑边界应力包括：fx(t)、fy(t)和fz(t)；
fx(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的测量结构应力；
fy(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的测量结构应力；
fz(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的测量结构应力。
具体的，支撑边界位移包括：u(t)、v(t)、w(t)；
u(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的支撑边界位移；
v(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的支撑边界位移；
w(t)为监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的支撑边界位移。
本申请实施例中，重点在于获得最佳经验参数组合，由于经验参数对于结构疲劳分析的结果影响较大，故而，如何获得合适的经验参数至关重要。
其中，最佳经验参数组获取单元3，其具体用于选定一经验参数个数，根据经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值。
具体实施时，海工支撑结构的泊松比记作μ，泊松比阈值范围为【μa，μb】；
海工支撑结构的弹性模量记作E，弹性模量阈值范围为【Ea，Eb】；
海工支撑结构的剪切模量记作G，剪切模量阈值范围为【Ga，Gb】；
选定经验参数个数为n+1，根据经验参数个数分别对泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分；
多个泊松比阈值子数值分别为μa，
Figure BDA0002704563150000181
Figure BDA0002704563150000182
多个弹性模量阈值子数值分别为Ea，
Figure BDA0002704563150000183
Figure BDA0002704563150000184
多个剪切模量阈值子数值分别为Ga，
Figure BDA0002704563150000185
Figure BDA0002704563150000186
泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值进行任意组合，每个经验参数有(n+1)种形式，共有(n+1)3种组合方式。
进而，由于经验参数存在(n+1)3种组合方式，故而针对(n+1)3种经验参数组合方式的每一种输入条件，可以根据力分布机理模型f'(p,t)，计算得到海工支撑结构上m个点的理论应力f'(p1,t)，f'(p2,t)…f'(pm,t)；其中，
f'(p1,t)为第一个监测点的理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点的理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点的理论结构应力。
具体的，所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure BDA0002704563150000191
时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure BDA0002704563150000192
其中，
ta～tb为对应的时间段，即【ta，tb】，f(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的测量结构应力，f(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的测量结构应力，f(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的测量结构应力；
f'(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的理论结构应力，
为了方便表达，p表示xyz这一空间上的具***置，其指的就是支撑结构空间上的坐标位置(x，y，z)。
根据总误差的最小值，确定在时间段对应的所有监测点的测量结构应力与理论结构应力的总误差最小时，将对应的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合，此时的泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值则是我们在后续进行结构疲劳分析时需要用到的经验参数，能够在一定程度上提高结构疲劳分析结果的可靠性。
需要说明的是，根据最佳经验参数组合、测量结构应力、支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析时，具体可以是：
根据上述方式确定任意一段时间【ta，tb】内经验参数的最佳经验参数组合，通过应力分布机理模型计算就能获得高精度的、完整的海工支撑结构应力分布；
在此基础上可依据材料疲劳S-N曲线对高应力区进行计算，从而较为准确地预测海工支撑结构的疲劳寿命；
当然，也可以利用成熟的有限元分析软件进行模拟，具体如ANSYS有限元计算软件，其是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
需要说明的是，在本申请中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
选取一时间段，当所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将所述理论结构应力对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
2.如权利要求1所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围，获得多个泊松比阈值子范围、弹性模量子阈值范围以及剪切模量阈值子范围，具体包括以下步骤：
选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值。
3.如权利要求2所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
海工支撑结构的泊松比记作μ，所述泊松比阈值范围为【μa，μb】；
海工支撑结构的弹性模量记作E，所述弹性模量阈值范围为【Ea，Eb】；
海工支撑结构的剪切模量记作G，所述剪切模量阈值范围为【Ga，Gb】；
选定经验参数个数为n+1，根据所述经验参数个数分别对所述泊松比阈值范围、所述弹性模量阈值范围以及所述剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分；
多个所述泊松比阈值子数值分别为μa，
Figure FDA0002704563140000021
Figure FDA0002704563140000022
多个所述弹性模量阈值子数值分别为Ea，
Figure FDA0002704563140000023
Figure FDA0002704563140000024
多个所述剪切模量阈值子数值分别为Ga，
Figure FDA0002704563140000025
Figure FDA0002704563140000026
所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值进行任意组合，每个经验参数有(n+1)种形式，共有(n+1)3种组合方式。
4.如权利要求1所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于，所述对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理之前，所述方法还包括以下步骤：
实时监测海工支撑结构各监测点的测量结构应力、支撑边界应力以及支撑边界位移。
5.如权利要求1所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure FDA0002704563140000031
所述时间段对应的所有所述监测点的所述测量结构应力与所述理论结构应力的总误差的计算公式为：
Figure FDA0002704563140000032
其中，
ta～tb为对应的时间段，f(p1,t)为第一个监测点z在对应时间点的所述测量结构应力，f(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的所述测量结构应力，f(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的所述测量结构应力；
f'(p1,t)为第一个监测点在对应时间点的所述理论结构应力，f'(p2,t)为第二个监测点在对应时间点的所述理论结构应力，f'(pm,t)为第m个监测点在对应时间点的所述理论结构应力。
6.如权利要求4所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
利用预设的第一应力传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的测量结构应力，利用预设的第二应力传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的支撑边界应力，利用预设的位移传感器实时监测所述海工支撑结构对应监测点的支撑边界位移。
7.如权利要求6所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
所述支撑边界应力包括：fx(t)、fy(t)和fz(t)；
所述fx(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的测量结构应力；
所述fy(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的测量结构应力；
所述fz(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的测量结构应力。
8.如权利要求6所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
所述支撑边界位移包括：u(t)、v(t)、w(t)；
所述u(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的x方向上的支撑边界位移；
所述v(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的y方向上的支撑边界位移；
所述w(t)为所述监测点在对应时间点，在预设的立体坐标系的z方向上的支撑边界位移。
9.一种融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析***，其特征在于，所述***包括：
参数分割单元，其用于对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行分割处理，获得多个泊松比阈值子数值、弹性模量阈值子数值以及剪切模量阈值子数值；
理论结构应力计算单元，其用于将各所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值任意组合，结合监测获得的支撑边界应力以及支撑边界位移，根据预设的应力分布机理模型，获得对应的各理论结构应力；
最佳经验参数组获取单元，其用于选取一时间段，确定在所述时间段对应的所有所述监测点的测量结构应力与所述理论结构应力的总误差最小时，将对应的所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值，组成最佳经验参数组合；
疲劳分析单元，其用于根据所述最佳经验参数组合、所述测量结构应力、所述支撑边界应力，通过应力分布机理模型计算获得结构应力分布情况，进而根据所述结构应力分布情况结合有限元数值计算进行结构疲劳分析。
10.如权利要求8所述的融合实测数据的海工支撑结构疲劳分析方法，其特征在于：
所述最佳经验参数组获取单元，其具体用于选定一经验参数个数，根据所述经验参数个数分别对预设的泊松比阈值范围、弹性模量阈值范围以及剪切模量阈值范围进行步进式等差拆分，获得多个所述泊松比阈值子数值、所述弹性模量阈值子数值以及所述剪切模量阈值子数值。
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