船舶结构应力监测与评估系统设计与试验研究

摘要

船舶航行的海洋环境复杂多变，在遭遇极端海况、船体结构设计缺陷、装配不合理或人员失误操作等因素的影响下，船体结构极易遭到破坏，在船舶设计建造时也很难通过经验和理论预测这种随机性对结构的破坏。因此，通过船体结构应力监测与评估系统对船体结构进行长期监测和在线评估是这一难题的有效解决方法之一。但是船舶结构应力监测与评估系统研究正处在初步发展阶段，在工程实际中还存在不完善之处。为了提高了系统在实际应用中的适用性和可靠性，本文研究了船舶结构应力监测与评估系统的优化改进方法、传感器故障诊断和系统初步样机等，主要内容如下:
　　1、根据CCS船级社规范关于船舶监测系统的要求，对系统的功能和软件模块进行优化，包括监测点初始应力设置方法优化、数据处理模块优化、强度评估模块优化。
　　2、根据光纤光栅传感技术的基本原理和光纤光栅传感器的特性，研究了光纤光栅传感技术在船舶结构监测中的适用性，并优选出适用于船舶结构监测要求的光纤光栅传感器。
　　3、分析了船舶监测传感器可能出现的故障类型及原因，研究了船舶结构应力监测与评估系统传感器故障诊断方法。在此基础上设计了船舶结构监测系统传感器故障诊断模块，并通过船体结构响应数值仿真和相关试验对故障诊断方法进行验证。
　　4、综合运用光纤光栅传感技术、通讯技术和数据处理分析技术，建立以光纤光栅传感器、光纤光栅解调仪和船舶结构应力监测与评估软件为主体的系统样机。通过信号模拟和试验的方法对船舶结构应力监测与评估系统的各项功能进行验证，验证了船舶结构应力监测系统样机的准确性和可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状与发展趋势

1．2．1 船舶结构监测与评估技术国外研究现状

1．2．2 船舶结构监测与评估技术国内研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 船舶结构应力监测与评估系统优化设计

2．1 概述

2．2 船舶结构应力监测与评估系统初步设计

2．3 船舶监测系统监测点初始应力设置优化改进研究

2．3．1 通过装载仪的修正方法

2．3．2 通过有限元模型的修正方法

2．4 船舶监测系统数据处理模块优化改进研究

2．4．1 数据滤波

2．4．2 数据统计

2．5 船舶监测系统屈服强度评估模块优化改进研究

2．5．1 确定性评估方法

2．5．2 可靠性评估方法

2．6 本章小结

第3章 光纤光栅传感技术在船舶监测中的应用

3．1 概述

3．2 光纤光栅传感技术基本原理

3．3 光纤光栅传感器的主要特性

3．4 不同类型传感器在船舶监测中的适用性研究

3．4．1 光纤光栅应变传感器的分类

3．4．2 船舶监测传感器性能试验

3．5 光纤光栅复用技术在船舶监测中的应用研究

3．5．1 光纤光栅的复用技术

3．5．2 混合复用技术在船舶结构监测中的应用

3．6 本章小结

第4章 船用光纤光栅传感器故障诊断研究

4．1 概述

4．2 船舶监测光纤光栅传感器故障类型及原因

4．3 船舶监测光纤光栅传感器故障诊断方法研究

4．3．1 基于解析模型的诊断方法

4．3．2 基于知识的诊断方法

4．3．3 基于信号处理的诊断方法

4．4 船舶监测系统故障诊断模块设计

4．4．1 船舶监测传感器故障诊断方法

4．4．2 船舶监测传感器故障模拟

4．4．3 船舶监测传感器故障试验

4．5 本章小结

第5章 船舶结构应力监测与评估系统样机研究

5．1 概述

5．2 船舶结构应力监测与评估系统样机初步设计

5．2．1 光纤光栅解调仪

5．2．2 应变信号处理程序

5．3 船舶结构应力监测与评估系统数值模拟验证

5．3．1 参数设置功能验证

5．3．2 可视化功能验证

5．3．3 数据处理功能验证

5．3．4 强度评估功能验证

5．3．5 数据库功能验证

5．4 船舶结构应力监测评估系统样机试验验证

5．4．1 静载测试验证

5．4．2 动载测试验证

5．4．3 系统样机稳定性测试

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢