智能化船体监测系统关键技术研究

发布时间：2020-08-13 10:56

【摘要】：船舶工程建造日趋大型化、复杂化,仅靠人工检测和主观经验难以对结构进行全面的受损诊断与评估,为了能够及时掌握船舶工程中可能出现的结构问题,预判结构应力的发展趋势以便提前采取应对措施,船体监测技术应运而生。船体监测系统可以实时监测船体结构整体结构和薄弱部位应力水平,并对监测数据进行分析和处理,对当前工况下结构出现的危险报警、对短期可能发生的危险预警、根据历史数据进行结构强度评估,为用户提供科学合理的分析数据,提高船体结构的安全性能。本文基于中国船级社对智能船舶建造要求和船体监测系统的要求,围绕数据补偿与滤波,砰击压力反演及趋势预测功能进行了研究分析,并设计了面向实船应用的样机系统,主要内容如下:1、设计开发了基于Butterworth滤波器的智能化船体监测系统数据滤波模块,并解决了因数据滤波导致的数据延迟问题和异常值问题。同时,进行了船用钢材温度形变导致的测量误差的修复工作,提出了一种利用光纤传感器测量热胀冷缩系数的方法。2、研究设计了砰击载荷的识别方法,引入广义正交多项式理论拟合砰击载荷,研究影响系数矩阵法并给出了理论模型,同时考虑了噪声影响下砰击压力反演的不适定问题并给出了正则化处理方案。通过模拟计算,求解模型的影响系数矩阵,对测点进行砰击载荷的反演计算。3、研究了数学统计方法的时间序列预测法、自适应过滤法、灰色预测法和船舶超越概率水平法的峰值概率预测方法,给出了趋势预测方法的数学理论模型。使用上述四种预测方法,对船模试验测量数据进行预测计算,并对预测结果进行对比分析,验证其在船体监测领域的适用性。4、设计了基于滤波、温度补偿、载荷反演和趋势预测等关键技术的船体监测系统,并组装了系统样机,设计实施了针对滤波功能的静载、动载试验,针对温度补偿功能的低温环境载荷验证试验,针对载荷反演和趋势预测功能的大尺度模型试验。
【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】：2019
【分类号】：U671
【图文】：

船舶工程领域中，早期的结构监测技术监测类型较为单一，多数围绕结构应力响应逡逑做相关的强度评估工作，最早得见于１９８９年，ＬＲ设计使用了船舶航行数据记录仪（ＶＤＲ）逡逑来记录船体结构应力数据ｍ，其安装位置如图１．２所示；１９９４年４月，为了监测和评估逡逑船体在全寿命期内的结构安全状况，欧洲实施的ＢｒｉｔｅＥｕＲａｍ邋ＩＩ计划资助研制了船体综逡逑合预测系统［３］；邋１９９８年，美国海军研宄院与ＧＣＲＭＴＣ公司合作，使用光纤光栅传感技逡逑术采集船体结构应力响应，从而进行船舶结构损伤评估和危情预警，并与次年应用于逡逑Ｓｋｊｏｌｄ快速巡逻艇上如图１．３所示。逡逑逦逦逦逦９？ｍｖｋ0ｎｏｍ逡逑

第１章绪论逡逑（ｂ）邋Ｓｉｌｖｅｒ邋Ｂｒｉｄｇｅ疲劳脆断ｉ丹塌事故逡逑图１．１大型桥梁结构坍塌事故逡逑船舶工程领域中，早期的结构监测技术监测类型较为单一，多数围绕结构应力响应逡逑做相关的强度评估工作，最早得见于１９８９年，ＬＲ设计使用了船舶航行数据记录仪（ＶＤＲ）逡逑来记录船体结构应力数据ｍ，其安装位置如图１．２所示；１９９４年４月，为了监测和评估逡逑船体在全寿命期内的结构安全状况，欧洲实施的ＢｒｉｔｅＥｕＲａｍ邋ＩＩ计划资助研制了船体综逡逑合预测系统［３］；邋１９９８年，美国海军研宄院与ＧＣＲＭＴＣ公司合作，使用光纤光栅传感技逡逑术采集船体结构应力响应，从而进行船舶结构损伤评估和危情预警，并与次年应用于逡逑Ｓｋｊｏｌｄ快速巡逻艇上如图１．３所示。逡逑逦逦逦逦９？ｍｖｋ0ｎｏｍ逡逑图１．２邋ＬＲ船舶航行数据记录仪安装位置逡逑

－Ｈ５ＥＥ３？ｒ７「ｆ逡逑ｉ－ｗ逦：逦：：＝？：：：：：：：：逦逦：逦逡逑㈨佊布置示意图逡逑图１．３美国海军研宄院光纤光栅传感器监测系统逡逑二十一世纪初，人们围绕船舶监测技术做了更加细致的研宄，使其在功能上实现了逡逑显著地提升，多见于损伤识别算法、探伤传感器优化布位研究，如２０００年，Ｚｕｂａｙｄｉ逡逑等［７８］实现了对加筋板进行损伤检测的研究成果，它们利用自相关函数和神经网络法，可逡逑以方便的确定损伤的位置和程度；Ｂｕｄｉｐｒｉｙａｎｔｏ等人［９￣１１］进行了结构损伤探测传感器的逡逑优化布置研宄。逡逑然而，随着船舶监测系统使用年限的增长，人们通过对比发现，相比较于光纤传感逡逑结构监测系统，电子应变片式的船舶监测系统在监测初期表现良好，而在长期监测工作逡逑中，易受到电磁千扰而发生偏差，由此，越来越多的光纤传感船舶监测系统设计研宄并逡逑应用于实船之中。２００１年，美国海上作战中心开发了一套针对船体表、导弹发射系统和逡逑垂直发射系统结构进行长期监测的光纤传感系统［１２］

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本文编号：2791914