基于应变监测的焦碳塔结构损伤监测方法

摘要

本发明涉及一种基于应变监测的焦碳塔结构损伤监测方法。本发明通过ABAQUS有限元软件获得塔壁温度场及应力分布的有限元模型，主要对焦碳塔的五个操作阶段进行应力分析，将应力集中点和关键点作为损伤监测点。采用分布式应变传感器构建焦碳塔结构损伤监测传感器网络，对上述传感器测量数据进行分析，得到应变能变化率矩阵，从而推导出相应的结构损伤程度指标。各应变传感器分量与参考传感器分量的比值作为一组分量构成目标特征向量α，将α是否变化作为结构损伤识别的判据，实现快速、准确地识别焦碳塔结构损伤识别及其定位。同时，采用GUI实现人机交互功能，显示系统的运行状态和各监控点采集的参数信息，实时在线地进行焦碳塔结构损伤监测与诊断。本发明对研究石化、电厂等其它行业化工装备结构损伤监测等方面有重要的借鉴意义。

主权项

1.一种基于应变监测的焦碳塔结构损伤监测方法，其特征在于，所述焦碳塔结构损伤监测方法包括以下步骤：(1)焦碳塔应力分析：采用ABAQUS有限元结构分析软件获得塔壁温度场及应力分布的有限元模型，主要对焦碳塔的五个操作阶段：蒸汽预热、油气预热、进油生焦、热塔吹气、进水冷焦进行应力分析；(2)构建焦碳塔结构损伤监测应变传感器网络：根据ABAQUS有限元软件分析结果，被监测点分布于塔体与裙座焊缝、下封头与筒体焊缝、筒节间焊缝和筒节中央应力集中点和关键点，全部应变传感器所测试的范围能够覆盖该焦碳塔所需监测的全部区域，从而构成分布式传感器网络；(3)确定参考传感器：在上述布置的传感器网络中，选择至少一个应变传感器作为参考传感器，并判断其有效性，其它应变传感器作为普通传感器，选定参考传感器的原则应该确保该传感器安装在结构无损伤的区域；(4)构建焦碳塔结构损伤识别系统：首先根据应变能耗散理论，分析应变能耗散对其结构损伤的影响；其次探索应变能变化率与结构损伤程度指标间的关系；再根据有限元实体模型分析所得的应力分布结果，对焦碳塔进行结构损伤识别与定位分析；(5)应变数据采集与处理：采集由上述分布式传感器网络在载荷激励下所产生的应变响应的原始数据，为了实现动态测试，数据最小采样频率一般大于被监测结构基频的两倍，然后根据测量数据处理原则初步判断该数据的有效性；(6)应变数据分析：对上述测量数据进行分析，得到分布式应变矩阵，该矩阵的各向量分别对应于各应变传感器，取代表参考传感器分量分别与其它各普通传感器分量的比值作为一组分量构成结构的目标特征向量α；(7)焦碳塔结构损伤识别定位分析及损伤程度识别：在损伤监测可视化界面的曲线图形上，所采集数据偏离原目标特征向量α，即所显示曲线的斜率发生很大变化，并具有明显稳定的规律和趋势，则表明被监测点发生了结构损伤，损伤部位确定在对应于出现异常的目标特征向量α分量的应变传感器的布置区域，反之亦然，另外，根据应变能变化率，建立结构损伤程度指标模型为：其中DI为损伤程度指标，为第i个单元损伤前的应变能，为第i个单元损伤后的应变能，L为监测对象的总长度，按照损伤程度指标模型计算焦碳塔各单元监测点的DI值，当DI值大于或等于所有监测点应变能样本标准差时，则判定此处有结构损伤，反之亦然；(8)焦碳塔结构损伤监测软件：采用GUI实现人机交互功能，显示系统的运行状态和各监测点实时采集的参数信息，依据合适的算法分析应变监测系统传来的实时数据，并且得到结构损伤程度指标，可以比较准确地从焦碳塔结构中确定损伤位置及损伤程度，以实时曲线形式显示焦碳塔结构损伤监测状态。