极地船舶结构状态监测与评估方法研究

发布时间：2020-06-04 18:20

【摘要】：近年来,全球气候变暖,北极冰雪融化加速。在经济全球化、区域一体化不断深入发展的背景下,北极在战略、经济、科研、环保、航道、资源等方面的价值不断提升,受到国际社会的普遍关注,中国也应当把握机遇,保障自己在极地地区的利益。然而相比于芬兰、俄罗斯等近极地国家,目前我国对极地环境信息的实测数据较少,极地船舶设计和建造经验也相对不足,大量研究还需进一步开展。在极地船设计阶段,基于规范和有限元仿真的结构设计很难全面、准确地评估极地船船体结构在真实极地环境中的风险,所以极地船需要通过智能化设备对其结构的状态进行实时的监测与评估,辅助船员做出决策。基于传感技术和局域网技术的极地船结构状态监测与评估系统不仅可以实时地对船体结构进行强度评估,还能将评估结果长时间存储,这样不仅能够让研究人员和航运人员实时地掌握极地船结构的健康状态,同时也能给研究人员提供有价值的参考数据,为以后的设计与研究提供帮助,所以在船舶智能化的要求逐渐提高的当下,结构状态监测将会成为极地船的一个必要选择。针对极地船结构状态监测与评估系统,本文的主要研究内容如下:1.依据极地船结构状态监测与评估系统不同测点的设置目的,本文分别给出了相应的选点方法,在选点时着重考虑了极地地区的冰载荷和低温环境对测点布置的影响,并提出了通过对候选单元进行破损后的船体应力响应分析的方法来优化候选测点,同时给出了应变传感器温漂的补偿方案。2.提出了可以用于极地船舶的冰载荷反演方法,分别为剪应力分布法和影响系数矩阵法,并分别给出了理论模型和算例。针对影响系数矩阵法,本文应用有限元仿真软件模拟了极地船板架结构在冲击载荷作用下的应力响应,设计了载荷反演的计算方案,同时还分析了测点位置对反演结果的影响,给出了合理的载荷反演测点布置方案。3.给出了基于实时应力数据的强度评估方法,用以对极地船船体结构的屈服强度,疲劳强度进行评估,在此基础上,本文还考虑了低温和冰-船碰撞的动态效应对结构强度的影响。最后,依据结构的塑性变形和损伤后固有频率变化的现象,本文提出了两种损伤识别方法。
【图文】：

船体,监测系统

随着相关科学技术的不断进步，这方面的研究也在不断取得突破性的性的事件是 1989 年英国劳埃德船级社与 S&MDS(Ship & Marine Data Sy合作协议，在 6 艘 VLCC 上安装了用于记录船体结构应力数据的航行记没有计算功能，只能将测量数据保存下来，以供研究人员后进行后续的对这个记录仪进行了详细的介绍；1994 年，，英国的海运技术公司联合法欧洲轮船公司共同开发船体健康监测系统，该系统能够监测船舶全寿命、裂缝扩展以及疲劳损伤[4]；1995 年开始，挪威科研院针对船舶结构健纤传感技术进行了数十项研究，Prran 等[5-11]经过严谨的实验和理论分析统的贴片式传感器与覆膜式传感器，基于光纤光栅的传感设备具有使用干扰能力强等多项优点，十分适合用于船体结构应力监测；1997 年 Hje水弹性试验中使用了光纤光栅传感器，Vohra[13]研究了光纤光栅传感器在应用，都取得了较为可靠的测量结果。同年，Slaughter[14]为一种船舶监的介绍说明，该系统可同时完成船舶装载和航行中的船体运动响应和应系统测点布置与软件界面如图 1.1 所示。

穿浪双体船,测点布置

第 1 章绪论2000 年印度尼西亚的 Budipriyanto[15-17]研究了在船体结构探伤中的测点布置方法问题；2002 年美国海军研究中心 NRC 和海上作战中心针对非线性载荷数据采集的超高采样频率问题，研究开发了高速光纤光栅解调系统(HS-FOIS)，并与英国国防科技实验室(DSTL)合作，使用该监测软件和传感设备对 Research Vessel (RV) Triton[18,19]开展了研究，研究的重点是 Research Vessel (RV) Triton 的砰击载荷问题，研究人员依据监测的数据对该舰进行了结构上的改进；同年挪威海军也在军舰上开展了应力监测技术的研究[20]。2003 年起美国海上作战中心与多所大学以及科研机构进行了合作，对美军穿浪双体船HSV-2 Swift 号[21]的铝合金疲劳问题以及结构的砰击响应的实时监测问题进行了数十项研究，其测点位置如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.81

【参考文献】