船舶运动与应力实时监测系统的研究与开发

论文摘要

船体结构安全性一直是人们关注的重点之一。作为水上运输的重要交通工具,船舶结构的实时强度近年来成为研究人员的关注焦点。因此,人们引入建筑工程中大型结构物实时监测的概念,在船体结构中植入传感器,对船体结构的应力进行实时监测。本文正是在这一理念的基础上,从传感器的布置、监测方法与报警应力的研究、实时数据的处理、数据库系统的开发到系统可靠性的实验研究,细致的阐述了船舶实时监测系统的建立方法。主要研究内容如下：1)对结构应力与运动监测传感器的布置方法进行了研究。根据船体结构规范及有限元直接强度计算对监测点的位置进行选择；2)对船舶结构监测的方法进行了研究。提出了基于光纤光栅传感技术的船舶结构监测方法,同时引入船舶波浪载荷计算方法中短期预报理论,给出了船体结构高应力报警值的确定方法；3)对实时数据的处理方法进行了研究。介绍了常用的数据处理方法和误差分析与处理方法,同时提出了结构疲劳应力数据的实时处理方法；4)开发了基于数据库技术的实时监测系统。编制了相应的实时监测软件,提供数据采集、处理及显示的操作界面,为实现船体结构状态的实时监测与提供平台,同时提供船舶当前工况信息、监测信号及监测点的当前状态和设置的存储、修改及查询平台；5)在实验室环境下对系统可能工作的实船环境进行模拟。验证了系统在这些恶劣环境中的可靠性,并提出了相应的实船实验方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 课题的研究与发展现状
• 1.2.1 结构状态监测的研究现状
• 1.2.2 船体运动监测的研究现状
• 1.2.3 光纤传感技术的发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 结构应力与运动监测传感器布置研究
• 2.1 概述
• 2.2 应力监测传感器布置
• 2.2.1 利用规范选取应力监测点
• 2.2.2 环境搜索法
• 2.2.3 实例分析
• 2.3 运动监测传感器布置
• 2.3.1 运动信号的选择
• 2.3.2 监测点位置选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 监测方法研究与报警值的确定
• 3.1 概述
• 3.2 应力监测方法
• M的测定方法'>3.2.1 监测应力σ_M的测定方法
• N的确定'>3.2.2 初始应力σ_N的确定
• 3.4 光纤光栅传感设备
• 3.4.1 光纤光栅传感器的原理与特点
• 3.4.2 结构应变的确定
• 3.5 高应力报警值的确定方法
• 3.6 本章小结
• 第4章 监测数据的处理方法
• 4.1 概述
• 4.2 常用数据处理方法
• 4.2.1 最小二乘法原理
• 4.2.2 离散傅立叶变换（DFT）
• 4.2.3 快速傅立叶变换（FFT）
• 4.3 误差分析与处理
• 4.3.1 系统误差与处理
• 4.3.2. 随机误差与处理
• 4.3.3. 异常误差与处理
• 4.4 疲劳数据处理
• 4.4.1 累计损伤理论
• 4.4.2 S-N曲线
• 4.4.3 雨流计数法
• 4.4.4 平均应力修正
• 4.5 本章小结
• 第5章 实时监测系统数据库的开发和应用
• 5.1 概述
• 5.2 常用数据库简介
• 5.2.1 Access数据库
• 5.2.2 SQL Server数据库
• 5.2.3 Sybase数据库
• 5.2.4 xBASE数据库
• 5.2.5 InterBase数据库
• 5.2.6 Oracle数据库
• 5.3 船体结构状态实时监测数据库
• 5.4. 实时数据库结构与功能
• 5.4.1 实时数据库基本结构
• 5.4.2 基本设置模块
• 5.4.3 应力监测模块
• 5.4.4 数据处理模块
• 5.5 历史数据库结构与功能
• 5.5.1 历史数据库基本结构
• 5.5.2 船舶基本信息存储模块
• 5.5.3 船体结构有限元模型信息存储模块
• 5.5.4 船体结构强度评估结果存储模块
• 5.6 本章小结
• 第6章 实时监测系统的实验研究
• 6.1 概述
• 6.2 实验室环境下系统性能实验研究
• 6.2.1 传感设备线性度与测量精度实验
• 6.2.2 监测系统运行及存储稳定性实验
• 6.2.3 传感器焊点疲劳实验
• 6.2.4 传感系统低温实验
• 6.2.5 传感系统耐腐蚀实验
• 6.3 实船实验方案研究
• 6.3.1 实船实验可行性论证
• 6.3.2 实验预期目标
• 6.3.3 实验方法与步骤
• 6.3.4 实验注意事项
• 6.4 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