载人设备结构应力状态光纤光栅监测系统开发与应用

基于光纤光柵传感技术开发了一套载人设备结构应力状态监测系统,该系统由传感子系统、数据采集子系统、数据传输子系统、数据存储子系统和数据显示子系统等组成。系统通过光纤光柵传感器对载人设备结构的应变波长信号进行感知;利用数据采集系统对各测点的监测波长数据进行同步采集,通过数据传输子系统实现数据的实时远程传输。然后通过软件系统实现各通道采集应力数据同步存储,并实现数据的实时显示、历史曲线查询,利用后台数据分析显示该测点部位的疲劳损伤状态和裂纹萌生寿命的预测。最后通过现场测试,证明了现场采集数据的有效性,并结合载人设备结构应力热点区疲劳损伤诊断方法初步实现了对测点部位的损伤诊断和疲劳寿命预测。为载人设备结构的维修提供依据,保障载人设备的安全运行。     

基于模糊神经网络的气瓶故障诊断

针对大容积无缝气瓶安全问题,提出了基于模糊神经网络的气瓶在线监测方法,并利用加速度传感器采集无损气瓶与损伤气瓶的振动信号,且将数据通过小波包分解获取故障特征参数,最后采用模糊神经网络进行模式识别验证方法可行性。诊断结果表明该算法能较好地对气瓶是否损伤做出较准确的判断,因此其适用于气瓶在线监测。     

基于SAPSO-BP网络模型的海洋平台落物碰撞损伤分析

为了确保海洋平台作业过程中落物坠落对甲板撞击后的结构安全,对坠落立管撞击海洋平台甲板的过程进行了非线性仿真分析。运用ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,对坠落立管不同撞击角度撞击海洋平台甲板进行模拟计算,得到甲板在不同工况下的损伤情况。运用1种自适应性变异的粒子群优化算法SAPSO与BP神经网络结合［1］,对海洋平台进行落物碰撞损伤分析。研究结果表明:落物与垂直方向偏离5°～10°为坠落时最危险的工况。SAPSO-BP提高了BP神经网络的拟合能力,减小了拟合误差,提高了拟合精度,验证了SAPSO-BP网络模型的实用性和可靠性。综合考虑制定适用于海洋平台落物安全的工作程序和平台及设备的防护措施,为海洋平台作业中落物风险评估和海洋平台作业安全保障提供参考。     

矿山机电设备运行大数据应用研究

以矿山机电设备运行数据采集为切入点研究矿山大数据技术应用。利用传感器采集数据,基于LoRaWAN物联网远程通信接入平台传输采集数据,构建起矿山机电设备状态数据采集系统,以大数据技术应用理念出发,设计与分析矿山机电设备云计算服务平台,实现对矿山设备运行状态的实时监测。通过对矿山设备工作数据的积累,结合矿山信息化系统的数据融合,借助大数据技术,对矿山设备运行大数据进行处理、分析、挖掘和可视化,实现了矿山机电设备各种异常状态和故障的预测与判别,以及多参数之间相互关系的分析与预测,为大数据技术在矿山开采领域中的应用和矿物开采效率的提高起到积极的作用。     

起重机械箱形梁声发射波传播特性仿真与实验研究

声发射检测通过采集材料本身产生的AE信号,实现对结构损伤处AE源的定位及损伤状态评估。正确认识声发射信号波在结构中的传播规律,有助于实现起重机械声发射检测传感器优化布置及对损伤状态的量化判断,特别对于声发射技术应用在起重机械健康监测方面具有积极的意义。     

基于LabVIEW的远程实时监控和故障诊断系统的开发

为提高工业生产中机械设备工作状态的监测效率,设计了一种基于LabVIEW的远程实时监控与故障诊断系统。系统硬件采用以太网总线的数据采集平台——CompactDAQ、西门子S7-200控制器和PC机等,软件设计分为现场采集和远程监控与故障诊断两个子系统。现场采集端负责信号的采集,并把采集到的温度、转速、振动信号利用DataSocket技术传输给远程端,同时接收远程端的控制命令;远程端则对传输过来的信号进行处理,包括信号的波形显示、存储、故障报警、故障记录以及故障诊断等,并且可向现场采集端发送远程控制命令。其中,故障诊断主要是利用EMD幅值谱和包络谱方法对振动信号的分析来实现。实验测试表明,系统运行稳定、可靠,具有较好的适用性和通用性。     

基于广义延拓的电梯振动信号优化处理与分析

电梯的异常振动往往预示着电梯系统某部分故障或不协调,此振动信号可通过三轴加速度传感器在电梯轿厢内采集,进而通过适当处理可提取出轿厢振动的特征参数,用于电梯的故障诊断。然而电梯故障诊断的合理性取决于其特征参数的精确度,现将广义延拓法用于振动信号的优化处理,在处理离散数据上结合了插值法与拟合法的优势,有助于排除采集振动信号时产生的错误点。采用小波分解与峭度分析的方法对电梯故障特征参数进行提取,在此基础上设计开发了一种贝叶斯电梯故障诊断软件并对广义延拓法进行了验证,结果表明此方法可有效增大特征信号的分辨力度,提高电梯故障诊断的系统准确性。     

铁路真空卸污设备远程运行维护系统设计

以铁路真空卸污设备为研究对象,进行远程运行维护系统的开发设计。根据真空卸污设备的运行特点,确定系统具备的功能,采集的数据类型、信号传输方式,并进行硬件开发集成和软件开发。该系统可以实现对铁路真空卸污设备运行状态数据的采集与分析,加快真空卸污设备故障诊断和维护的响应速度,提高设备的安全性和可靠性,提升铁路真空卸污设备运行维护智能化水平。     

大型起重机械声发射动态监测定位方法探讨

为了实现对大型起重机械声发射动态监测,利用时间反转原理,将采集到的信号进行时间反转,再施加到对应传感器上作为激励,在构件中激发的信号在声源中聚集,随机获取反映起重机械损伤状态特征参数,实时监测损伤及预测评估起重机械寿命。     

高斯混合模型下建筑工人高空作业失稳检测方法

为防止施工现场高处坠落事故,实现个性化矫正管理,在考虑个体异质性对运动信号造成的差异化影响基础上,提出一种基于高斯混合模型(GMM)的实时检测方法,可及时识别建筑工人高空作业失稳状态。首先,采用姿态传感器实时采集加速度和角速度数据,以刻画建筑工人的高空作业姿态特征;然后,基于GMM算法,建立建筑工人高空作业的个性化失稳检测模型,获得个性化阈值,以判断姿势失稳状态;最后,通过试验对比基于个体数据集和公共数据集2种方式构建的模型。研究结果表明：生成的个性化检测模型在准确度P、召回率R和综合评价指标F₁值上,均远优于公共数据集模型,具有更好的个性化检测效果。该失稳检测方法能够从工人的作业姿态习惯探究个性化的高空失稳风险,促进差异化安全预控和精准化安全培训。     

Signal denoising method for modal analysis of an offshore platform

The modal analysis of offshore structures is a key element of structural health monitoring based on vibration. A difficulty encountered by practitioners and researchers is that an accurate modal analysis is challenging in noisy environments. The objective of this work is to develop and implement a signal denoising method based on solving the inverse singular value problem of a measured (noisy) data matrix with prescribed entries to reconstruct a filtered data matrix. The measured (noisy) impulse response function (IRF) is used to build a square or nearly square Hankel matrix. The normalized rank determination indicator (RDI) of the Hankel matrix is introduced to determine the number of prescribed non-zero singular values in the prescribed entries inverse singular value problem (PEISVP). The reconstructed (filtered) matrix must maintain the original Hankel structure, and preserve the number of non-zero singular values. Once the filtered IRF has been obtained, the complex exponential (CE) method is applied for the modal analysis. To validate the proposed method, hereafter referred to as PEISVP-CE, we undertake the numerical simulation of a five-story shear building. Once successfully validated, we apply the PEISVP-CE method to an offshore field experiment of a jacket platform under the step relaxation. We find that the PEISVP-CE method is effective at eliminating noise and, therefore, appropriate for the modal analysis of offshore structures.     

海上钻井平台安全风险预警模型应用研究

2010年美国墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸和2011年我国蓬莱钻井平台井涌事故,引发社会各界对海上钻井平台安全问题的关注.介绍了海洋钻井平台的组成结构,对海洋钻井平台的危险源进行了系统辨识,试图通过对海上钻井平台作业现场危险因素加以观察,诊断、分析警源、警情,警兆,警级,结合专家意见,从人员、设施设备、安全管理、工程地质、海上环境等几个方面建立海上钻井平台安全风险预警体系,采用改进的层次分析法,得出指标权重,构建海洋钻井平台安全风险预警模型,得到量化的预警结果.并通过对某钻井平台的实例分析,提出安全风险的预控对策,以期本模型对海上钻井平台的事故的发生起到一定的防范作用.     

基于系统动力学的海洋平台安全脆弱性分析

海洋平台承受着风、浪、流等复杂环境载荷，安全系统在保障平台安全稳定方面的作用极为突出。为深入探讨影响海洋平台安全脆弱性的机理，针对海洋平台作业环境的极端性和复杂性，建立了海洋平台的安全脆弱性系统动力学分析模型，采用模糊层次分析法确定影响安全系统中各层因素的权重系数，并设定参数，考虑子系统不同的安全投入方案，进行了海洋平台脆弱性系统分析。研究结果表明:海洋平台设备系统对于暴露度和敏感度的影响程度最高，管理系统对海洋平台安全系统的适应度起主导作用；当安全投入总值一定，对各系统的投入比例不同时，为有效降低海洋平台脆弱性，应合理分配有限投入资金。     

基于动态风险平衡的海洋平台事故连锁风险研究

针对海洋平台事故风险特点,提出动态风险平衡概念,以此建立事故动力模型,并将该模型运用到墨西哥湾"深水地平线"井喷事故。动态风险平衡表征事故动力与事故阻力之间的动态平衡状态,具有动态性和暂时稳定性。事故动力模型以海洋平台可能发生的重大事故为研究对象,从工艺、技术和管理等角度分析事故可能致因和事故发展可能影响因素。该模型首先分析对象的初始事故动力,建立事故连锁风险图,然后计算初始动力发生情况下,传递动力和传递阻力的概率分布,最后提出相应风险控制措施。实例分析表明,基于动态风险平衡建立的事故动力模型能有效分析海洋平台事故连锁风险。     

现役近海老龄平台延寿决策模型

为合理预测老龄平台的动态经济寿命,降低复杂不确定服役环境对平台的运营风险,建立老龄平台延寿决策综合模糊评判模型的结构流程。从影响平台服役状态的工程因素、结构因素、荷载因素和风险因素4个维度进行分析和调整,构建阶层结构;采用模糊理论建立正倒值矩阵,综合专家意见计算各因素权重;引入凹陷因子、裂纹因子、腐蚀因子以及冰荷载因子对影响因素进行合理量化,建立海洋石油老龄平台延寿决策评分准则;采用逻辑运算计算综合评分,建立老龄平台延寿决策参考表,进而依据该表确定平台延寿基准期;利用决策模型对2座海洋平台进行延寿决策,并将其结果与传统评判结果进行对比分析。结果表明,采用本模型能够更加精确地描述平台的动态经济寿命,为复杂不确定环境的老龄平台延寿决策提供一种新的计算思路。     

海洋钻井平台事故致因分析与评价指标研究

该文在广泛调研国内外已发生的海洋平台事故基础上,从人因失误、工艺设备、物料危险、管理缺陷和危险环境五个方面系统分析事故致因因素,提出海洋钻井平台事故致因评价框架,提出5个一级评价指标和24个二级评价指标,根据层次分析法,计算确定各指标的标准权重值.最后针对某在役海洋钻井平台,开展实例研究.为实际评价海洋钻井平台事故风险提供一种新方法,具有一定的实际应用价值.     

海上平台事故应急演练评估方法研究

针对目前我国海上平台事故应急演练缺乏有效评估体系的现状,结合海上平台事故应急演练典型示例,运用“事故应急指挥系统（ICS）”基本理念,对整个应急演练过程进行系统分析,从人员安全、资产保护、环境保护、企业声誉等4个方面搭建应急演练评估框架。采用层次分析法构建计算模型,合理设置评估指标权重,最终建立了1套具有海洋石油行业特点的应急演练评估指标体系,并选取国内1个海上平台事故应急演练进行了应用分析。研究结果表明:构建的演练评估指标体系及评估方法能较好地应用于海上平台事故应急演练过程,进而在演练评估结果的基础上,实现应急演练的持续改进。     

弓长岭露天铁矿采空区稳定性及预警研究

采空区对露天矿的安全生产具有极大的威胁。针对弓长岭露天矿众多已探明的采空区进行了稳定性分析。对露天矿日常的爆破作业进行了爆破测振,统计回归出萨道夫斯基经验公式参数,获得了爆破振动对空区产生的荷载。建立了采空区顶板三铰拱承载的力学模型,推导了空区顶板稳定性的判据。利用数值模拟方法,计算拱形空区在不同荷载作用下稳定性,对弓长岭露天铁矿已探明各空区进行了预警,为弓长岭露天矿处理空区及安全生产提供依据。     

1种基于云服务平台的滑坡管道状态远程实时监测系统

为解决管道状态的远程实时监测问题,基于现场地质灾害调查结果,根据某受到不稳定边坡影响的管道所处滑坡区域的特点,设计1种基于云服务平台的管道状态远程实时监测系统。系统由前端数据测量模块、中端数据采集和传输模块以及终端监测平台模块组成。采用振弦式应变计进行管道应变测量;应用数据采集仪、移动数据发射器及电源进行数据采集及传输;利用自主开发的基于云服务平台专用软件进行管道状态的数据分析及远程实时监测。结果表明:系统具有稳定地实时数据获取、高效地数据远程传输和操作便捷、功能丰富的终端监测能力,可较好地评估管道的运行状况,提高滑坡灾害预警能力,保证管道的安全运行。