【摘要】：船舶工程建造日趨大型化、復(fù)雜化,僅靠人工檢測和主觀經(jīng)驗(yàn)難以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的受損診斷與評估,為了能夠及時掌握船舶工程中可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問題,預(yù)判結(jié)構(gòu)應(yīng)力的發(fā)展趨勢以便提前采取應(yīng)對措施,船體監(jiān)測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。船體監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測船體結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)和薄弱部位應(yīng)力水平,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,對當(dāng)前工況下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的危險報(bào)警、對短期可能發(fā)生的危險預(yù)警、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評估,為用戶提供科學(xué)合理的分析數(shù)據(jù),提高船體結(jié)構(gòu)的安全性能。本文基于中國船級社對智能船舶建造要求和船體監(jiān)測系統(tǒng)的要求,圍繞數(shù)據(jù)補(bǔ)償與濾波,砰擊壓力反演及趨勢預(yù)測功能進(jìn)行了研究分析,并設(shè)計(jì)了面向?qū)嵈瑧?yīng)用的樣機(jī)系統(tǒng),主要內(nèi)容如下:1、設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Butterworth濾波器的智能化船體監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)濾波模塊,并解決了因數(shù)據(jù)濾波導(dǎo)致的數(shù)據(jù)延遲問題和異常值問題。同時,進(jìn)行了船用鋼材溫度形變導(dǎo)致的測量誤差的修復(fù)工作,提出了一種利用光纖傳感器測量熱脹冷縮系數(shù)的方法。2、研究設(shè)計(jì)了砰擊載荷的識別方法,引入廣義正交多項(xiàng)式理論擬合砰擊載荷,研究影響系數(shù)矩陣法并給出了理論模型,同時考慮了噪聲影響下砰擊壓力反演的不適定問題并給出了正則化處理方案。通過模擬計(jì)算,求解模型的影響系數(shù)矩陣,對測點(diǎn)進(jìn)行砰擊載荷的反演計(jì)算。3、研究了數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法的時間序列預(yù)測法、自適應(yīng)過濾法、灰色預(yù)測法和船舶超越概率水平法的峰值概率預(yù)測方法,給出了趨勢預(yù)測方法的數(shù)學(xué)理論模型。使用上述四種預(yù)測方法,對船模試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測計(jì)算,并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證其在船體監(jiān)測領(lǐng)域的適用性。4、設(shè)計(jì)了基于濾波、溫度補(bǔ)償、載荷反演和趨勢預(yù)測等關(guān)鍵技術(shù)的船體監(jiān)測系統(tǒng),并組裝了系統(tǒng)樣機(jī),設(shè)計(jì)實(shí)施了針對濾波功能的靜載、動載試驗(yàn),針對溫度補(bǔ)償功能的低溫環(huán)境載荷驗(yàn)證試驗(yàn),針對載荷反演和趨勢預(yù)測功能的大尺度模型試驗(yàn)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U671
【圖文】：

船舶工程領(lǐng)域中，早期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測類型較為單一，多數(shù)圍繞結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)逡逑做相關(guān)的強(qiáng)度評估工作，最早得見于１９８９年，ＬＲ設(shè)計(jì)使用了船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀（ＶＤＲ）逡逑來記錄船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)ｍ，其安裝位置如圖１．２所示；１９９４年４月，為了監(jiān)測和評估逡逑船體在全壽命期內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全狀況，歐洲實(shí)施的ＢｒｉｔｅＥｕＲａｍ邋ＩＩ計(jì)劃資助研制了船體綜逡逑合預(yù)測系統(tǒng)［３］；邋１９９８年，美國海軍研宄院與ＧＣＲＭＴＣ公司合作，使用光纖光柵傳感技逡逑術(shù)采集船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)，從而進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)損傷評估和危情預(yù)警，并與次年應(yīng)用于逡逑Ｓｋｊｏｌｄ快速巡邏艇上如圖１．３所示。逡逑邐邐邐邐９？ｍｖｋ0ｎｏｍ逡逑

第１章緒論逡逑（ｂ）邋Ｓｉｌｖｅｒ邋Ｂｒｉｄｇｅ疲勞脆斷ｉ丹塌事故逡逑圖１．１大型橋梁結(jié)構(gòu)坍塌事故逡逑船舶工程領(lǐng)域中，早期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測類型較為單一，多數(shù)圍繞結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)逡逑做相關(guān)的強(qiáng)度評估工作，最早得見于１９８９年，ＬＲ設(shè)計(jì)使用了船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀（ＶＤＲ）逡逑來記錄船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)ｍ，其安裝位置如圖１．２所示；１９９４年４月，為了監(jiān)測和評估逡逑船體在全壽命期內(nèi)的結(jié)構(gòu)安全狀況，歐洲實(shí)施的ＢｒｉｔｅＥｕＲａｍ邋ＩＩ計(jì)劃資助研制了船體綜逡逑合預(yù)測系統(tǒng)［３］；邋１９９８年，美國海軍研宄院與ＧＣＲＭＴＣ公司合作，使用光纖光柵傳感技逡逑術(shù)采集船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力響應(yīng)，從而進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)損傷評估和危情預(yù)警，并與次年應(yīng)用于逡逑Ｓｋｊｏｌｄ快速巡邏艇上如圖１．３所示。逡逑邐邐邐邐９？ｍｖｋ0ｎｏｍ逡逑圖１．２邋ＬＲ船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀安裝位置逡逑

－Ｈ５ＥＥ３？ｒ７「ｆ逡逑ｉ－ｗ邐：邐：：＝？：：：：：：：：邐邐：邐逡逑㈨佊布置示意圖逡逑圖１．３美國海軍研宄院光纖光柵傳感器監(jiān)測系統(tǒng)逡逑二十一世紀(jì)初，人們圍繞船舶監(jiān)測技術(shù)做了更加細(xì)致的研宄，使其在功能上實(shí)現(xiàn)了逡逑顯著地提升，多見于損傷識別算法、探傷傳感器優(yōu)化布位研究，如２０００年，Ｚｕｂａｙｄｉ逡逑等［７８］實(shí)現(xiàn)了對加筋板進(jìn)行損傷檢測的研究成果，它們利用自相關(guān)函數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，可逡逑以方便的確定損傷的位置和程度；Ｂｕｄｉｐｒｉｙａｎｔｏ等人［９￣１１］進(jìn)行了結(jié)構(gòu)損傷探測傳感器的逡逑優(yōu)化布置研宄。逡逑然而，隨著船舶監(jiān)測系統(tǒng)使用年限的增長，人們通過對比發(fā)現(xiàn)，相比較于光纖傳感逡逑結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，電子應(yīng)變片式的船舶監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測初期表現(xiàn)良好，而在長期監(jiān)測工作逡逑中，易受到電磁千擾而發(fā)生偏差，由此，越來越多的光纖傳感船舶監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研宄并逡逑應(yīng)用于實(shí)船之中。２００１年，美國海上作戰(zhàn)中心開發(fā)了一套針對船體表、導(dǎo)彈發(fā)射系統(tǒng)和逡逑垂直發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期監(jiān)測的光纖傳感系統(tǒng)［１２］

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