人类社会在飞速发展的同时导致了陆地能源日益枯竭,今后对化石能源开发利用的重点必将转移至海洋。海洋平台作为海洋油气资源开发的基础设备,在服役期不断受到各种自然载荷侵袭。据调查显示,构件疲劳损伤已经成为近年来国内外海洋平台重大事故的主要原因,所以针对海洋平台的故障检测技术也成为当下研究热点。基于振动测试的损伤诊断原理是构件局部损伤导致结构振动测试信号发生改变,则根据响应可得到结构刚度和质量等系统参数的动态变化。对于海洋平台这样的大型结构,常规人工方式激励方式成本高,且造成停工影响生产,不易实现在线监测,本文提出利用自然载荷下的响应信号来进行故障诊断的方法(operational modal analysis-OMA),降低了测试成本,对设备生产无影响,可以反映出结构真实动力响应。本文针对海洋平台的故障检测问题主要做了如下几方面工作：1.以常规自然载荷包括海风、波浪和海流等因素进行的分析研究为基础,考虑环境要素耦合作用于海洋平台构件的复杂工况,得到平台各构件主要自由度,为数值模拟和实际测试中传感器布置提供了参考。2.自然载荷响应幅值小、随机性强、信噪比低,通过对目前几类参数识别方法的分析比较,采用频域峰值法和时频域小波分析法从响应中识别出结构模态参数。3.自然载荷激励无法激发出大型三维结构的全部模态,且通过系统识别所得模态参数无法质量归一化,本文利用模态应变能(modal strain energy-MSE)变化率的相关参数为指标,针对上述问题提出了分组模态应变能的思想,将每个单元刚度分解为轴向刚度、弯曲刚度和扭转刚度三个分量,对应将单元模态应变能分为轴向拉压和弯曲两个指标(旋转自由度不易测量,故抛弃扭转应变能变化率指标)。这种方法扩展了已知模态,解决了自然载荷激励下模态参数不完整的问题,仅利用低阶模态参数便可对损伤位置和程度做出评估。4.使用数值分析软件ANSYS结合MATLAB对本文方法进行验证,以中国海洋大学所制的海洋平台比例模型为例,首先进行数值模拟求得模型在各种激励下的响应,并提取固有频率和实验结果进行比较,说明数值模拟满足一定相似精度要求。之后分别对单一梁单元、平面桁架结构和导管架海洋平台的不同损伤工况进行模拟,证实了相对应指标在实际分析中的有效性。