海洋平台是海洋油气资源开发的重要设施。其结构复杂、体积庞大、造价昂贵，所处环境复杂严酷，一旦破坏，损失巨大。海洋平台运行维护中的结构健康检测至关重要。本书针对基于结构振动响应的整体动力检测方法中的理论与技术难题，融合国内外的相关研究成果，重点介绍海洋平台结构振动信号处理、模态识别、模型修正及损伤检测等方面的最新研究进展。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 海洋平台 2
1.1.1 固定式海洋平台 2
1.1.2 浮式海洋平台 5
1.2 海洋平台结构损伤检测技术 8
1.2.1 无损检测技术 9
1.2.2 整体动力检测技术 12
1.3 本书内容 16
参考文献 17
第2章 向量与矩阵 20
2.1 矩阵基本运算 22
2.2 特殊矩阵 25
2.3 行列式与逆矩阵 29
2.3.1 行列式 29
2.3.2 逆矩阵 30
2.3.3 广义逆矩阵 31
2.4 子空间一般理论 32
2.4.1 子空间的基 32
2.4.2 主要子空间形式 33
2.5 向量与矩阵的范数 35
2.5.1 向量范数 35
2.5.2 矩阵范数 35
2.6 特征值与特征向量 37
2.6.1 特征值问题 37
2.6.2 奇异值分解 39
2.7 矩阵的正交分析 40
2.7.1 正交补 40
2.7.2 正交基 41
2.7.3 投影与正交投影 42？
2.7.4 QR分解 43
2.7.5 最小二乘问题 44
参考文献 45
第3章 有限单元法 46
3.1 引言 46
3.2 变分原理与里兹方法 46
3.2.1 变分原理 46
3.2.2 里兹方法 47
3.3 离散结构模型 48
3.3.1 单元分析 49
3.3.2 整体分析 52
3.3.3 边界条件 54
3.4 连续结构模型 55
3.4.1 单元分析 56
3.4.2 整体分析 61
参考文献 63
第4章 结构动力分析基础理论 64
4.1 单自由度系统 64
4.1.1 运动方程 64
4.1.2 自由振动分析 65
4.1.3 响应函数 67
4.1.4 动力响应计算 72
4.2 多自由度系统 74
4.2.1 运动方程 74
4.2.2 系统矩阵 75
4.2.3 无阻尼多自由度系统 77
4.2.4 黏性阻尼多自由度系统 80
4.2.5 模态叠加法 84
参考文献 86
第5章 结构振动响应信号分析方法 87
5.1 引言 87
5.2 傅里叶分解方法 88
5.2.1 傅里叶序列 88
5.2.2 傅里叶积分 90
5.2.3 复数形式的傅里叶变换 91？
5.2.4 离散傅里叶变换 91
5.3 Prony方法 92
5.3.1 复指数序列 93
5.3.2 Prony方法计算流程 94
5.4 基于状态空间模型的Prony方法 95
5.4.1 一阶矩阵微分方程 96
5.4.2 一阶矩阵差分方程 97
5.4.3 基于状态空间模型的Prony方法 97
5.4.4 数值条件及验证 99
5.5 Prony-SS方法的性能与特点 102
5.5.1 Prony-SS方法与离散傅里叶变换 103
5.5.2 Prony-SS方法与Prony方法 105
5.6 基于状态空间模型的短时Prony变换 109
5.6.1 短时傅里叶变换 109
5.6.2 小波变换 110
5.6.3 基于状态空间模型的短时Prony变换 112
5.7 实测信号时频分析 112
5.7.1 信号分解与重构 113
5.7.2 信号时频分析 117
参考文献 121
第6章 基于模型定阶与信号消噪的确定性模态分析方法 124
6.1 引言 124
6.2 确定性模态分析方法 125
6.2.1 多参考点复指数方法 125
6.2.2 特征系统实现算法 126
6.3 基于模型定阶与信号消噪的复指数方法 127
6.3.1 模型定阶与信号消噪 127
6.3.2 模态参数识别 129
6.4 基于模型定阶与信号消噪的特征系统实现算法 138
6.4.1 模型定阶与噪声消除 138
6.4.2 模态参数识别 139
6.5 复指数方法与特征系统实现算法对比分析 142
6.5.1 数值模型 142
6.5.2 采样频率的影响 145
6.5.3 截断误差的影响 147？
6.5.4 测试噪声的影响 148
参考文献 153
第7章 随机性模态参数识别方法 155
7.1 引言 155
7.2 随机性模型 155
7.3 随机模态分析方法 156
7.3.1 辅助变量方法 156
7.3.2 随机子空间方法 157
7.3.3 随机实现算法 160
7.4 随机性模态参数识别方法稳定性分析 161
7.4.1 辅助变量方法与随机实现算法 161
7.4.2 随机实现算法与随机子空间方法 163
7.5 随机实现算法虚假极点分析 168
7.5.1 单模态脉冲响应函数 168
7.5.2 相近模态脉冲响应函数 170
参考文献 172
第8章 传感器优化配置及信息不完备处理技术 174
8.1 引言 174
8.2 传感器优化配置方法 174
8.2.1 序列法 174
8.2.2 模态应变能法 177
8.2.3 推断算法 179
8.2.4 随机类算法 179
8.2.5 有效独立法 180
8.3 传感器位置分阶次优化技术 181
8.3.1 分阶次优化理论 181
8.3.2 导管架平台传感器位置优化 183
8.4 信息不完备处理技术 188
8.4.1 静力缩聚方法 188
8.4.2 动力缩聚方法 189
8.4.3 改进的缩聚系统方法 190
8.4.4 系统等效缩阶扩展方法 190
8.5 实测模态振型直接扩展方法 191
8.5.1 基本理论 191
8.5.2 模态振型直接扩展 195？
8.5.3 物理模型试验验证 198
参考文献 201
第9章 海洋平台结构有限元模型修正方法 203
9.1 引言 203
9.2 直接修正法 203
9.2.1 拉格朗日乘子法 204
9.2.2 误差矩阵法 205
9.2.3 矩阵混合方法 206
9.3 间接修正法 207
9.3.1 特征动力约束方法 208
9.3.2 基于统计和灵敏度分析方法 209
9.3.3 基于响应函数方法 212
9.4 交叉模型交叉模态方法 213
9.4.1 理论推导 214
9.4.2方程求解 217
9.4.3 结构模型修正 219
9.5 信息不完备条件下的交叉模型交叉模态方法 226
9.5.1 基于缩阶/扩阶技术的交叉模型交叉模态方法 226
9.5.2 实测模型从自由度修正方法 227
9.6 海洋平台结构模型修正 228
9.6.1 海洋平台结构 228
9.6.2 海洋平台构件敏感度分析 231
9.6.3 信息完备条件下的模型修正 236
9.6.4 信息不完备条件下的模型修正 236
参考文献 239
第10章 基于模态应变能的结构损伤定位方法 242
10.1 引言 242
10.2 模态应变能法 242
10.3 基于模态应变能的结构损伤定位方法 245
10.3.1 模态应变能分解法 245
10.3.2 模态应变能改进算法 251
10.4 海洋平台结构损伤定位 254
10.4.1 海洋平台模型 254
10.4.2 损伤定位与结果分析 254？
参考文献 258
第11章 含阻尼结构系统的损伤识别方法 260
11.1 引言 260
11.2 阻尼模型 260
11.2.1 瑞利阻尼 260
11.2.2 模态阻尼 261
11.3 含阻尼结构系统的交叉模型交叉模态方法 263
11.3.1 信息完备条件下的交叉模型交叉模态方法 263
11.3.2 信息不完备条件下的交叉模型交叉模态方法 265
11.4 梁模型损伤识别 266
11.4.1 无噪声测试模态的结构损伤识别 267
11.4.2 有噪声测试模态的结构损伤识别 275
11.5 海洋平台结构损伤识别 278
11.5.1 无噪声测试模态的结构损伤识别 279
11.5.2 有噪声测试模态的结构损伤识别 281
参考文献 283
第12章 海洋平台现场振动检测 285
12.1 引言 285
12.2 基于人工激励的海洋平台结构振动检测 285
12.2.1 目标平台 286
12.2.2 传感器布置 286
12.2.3 测试结果分析 287
12.3 基于波浪激励的平台结构振动检测 292
12.3.1 目标平台 292
12.3.2 传感器布置 293
12.3.3 测试结果分析 293
12.3.4 模态参数识别 304
12.3.5 模型修正 307
12.4 基于冰激激励的平台结构振动检测 309
12.4.1 目标平台 310
12.4.2 传感器布置 310
12.4.3 测试结果分析 311
12.4.4 模态参数识别 318
12.4.5 模态分析方法对比 324？
12.4.6 模型修正 329
12.4.7 结构损伤检测 331
索引 333
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