环境激励下海上风电结构模态参数识别.pdf

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1、第46卷第8期2016年8月中国海洋大学学报PERIoDICAL0F0CEANUNIVERSlTY0FCHINA46(8)：122～130Aug．。2016环境激励下海上风电结构模态参数识别。张敏1，徐霄龙2，陈玉静2，张翼3，杜君峰1(1．中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室，山东青岛266100；2．青岛迪玛尔海洋工程有限公司，山东青岛266100；3．国家电投江苏海上风力发电有限公司，江苏盐城224000)摘要：针对海上风电结构，研究了环境激励下海上风电结构的模态参数识别问题。采用了一种时域联合算法：自然激励

2、法(NaturalExcitationTechnique，简称NEXT)和多参考点复指数法(PolyreferenceComplexExponential，简称PRCE)的结合(简称NExT／PRCE方法)对海上风电结构的模态参数进行识别。对某三脚架式海上风电结构进行数值模拟，考虑了风电结构的实际操作工况，对结构施加了随机波浪荷载和风机载荷。利用动力响应数据进行了环境激励下风电整体结构模态参数识别，采用了稳定图与模态置信准则进行了虚假模态的剔除，并分析了NExT中参考通道选取对于模态参数识别效果的影响。通过与有限元

3、模型模态参数比较，验证了NE，【T／PI配E方法对于风电结构参数识别的有效性。关键词：海上风电结构；模态参数识别；环境激励；自然激励法；多参考点复指数法中图法分类号：TK89；0327文献标志码：A文章编号：1672—5174(2016)08—122—09DOI：10．16441／j．cnki．hdxb．20140303引用格式：张敏，徐霄龙，陈玉静，等．环境激励下海上风电结构模态参数识别[J]．中国海洋大学学报(自然科学版)，2016，46(8)：122—130．ZHANGMin，XUXiao-Long，CHEN

4、Yu-Jing，eta1．Modalparameteridentificationforoffshorewindturbinestructuresunderambientexcitation[J]．PeriodicalofOceanUniversityofChina，2016，46(8)：122—130．在当今化石能源日益短缺和全球生态环境恶化的压力下，风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力。风力发电是风能利用的主要方式，也是世界上发展最快的绿色能源技术。与陆地风能资源相比，海上风能具有风速大，风向稳

5、定，环境影响较小等优点。正是由于海上丰富的风能资源和当今技术的可行性，海洋将成为一个迅速发展的风电市场。作为海上风能开发的基础性设施，海上风电结构应用前景广阔。由于海上风电结构长期在恶劣的海洋环境中运行，其损伤检测不可忽视。基于振动测试响应信息的结构损伤检测技术相对简单，成本较低。其基本原理为：损伤会导致结构的系统刚度和阻尼矩阵等发生变化，从而引起结构动力特性参数的改变[1]。结构损伤前后其模态参数的准确识别是正确判断其健康状况的基础，因此，对于海上风电结构损伤检测技术来说，模态参数识别是基础性和关键性的环节。模态

6、参数识别方法的研究已经历了一个长期的发展过程，期间学者们提出了多种方法[2]，按识别域可分为频域法、时域法。频域法包括峰值法、最小二乘圆拟合法等，但多存在着泄漏、频率混叠等问题[11；时域算法包括自回归滑动平均(Auto—RegressiveandMoving—Average，简称ARMA)模型时间序列法，Ibrahim时域辨识(ITD)法、复指数法(Prony法)、特征系统实现算法(EigensystemRealizationAlgorithm，简称ERA)法等等，可克服频域法的一些缺陷。大多数传统的模态参数识别

7、方法都是基于系统的输入和输出数据，由此估计频响函数(频域)或者脉冲响应函数(时域)，然后再进行模态参数识别[a-s]。然而对于处于工作状态下的实际大型结构，如海上风电结构在受到风、浪等环境载荷激励作用时，往往无法获得结构系统的输入信息。因此，难以直接采用传统模态参数识别方法利用环境激励下获取的动力响应信号进行模态参数识别。针对海上风电结构所受荷载特点，本文采用了一种联合的时域模态识别算法，将自然激励法(NExT)与多参考点复指数法(PRCE)相结合。首先通过自然激励法(NExT)得到信号的互相关函数，其形式与自由振

8、动响应类似，然后运用多参考点复指数法识别结构的模态参数。此方法识别精度较高，且适用于输入未知的环境荷载激励条件。以某三脚架式海上风力发电结构为例，研究了其整体结构在其操作工况下的模态参*基金项目：国家自然科学基金项目(51209189)；山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(BS2012HZ023)；中央高校基本科研业务费青年教师科研基金项目(201213