船体长期监测系统的应用现状及发展趋势

船体长期监测系统(SHLTMS)用于对船体重要结构、关键构件及敏感部位进行结构应力实时监测和船体强度在线评估,时刻了解船体在各级海况下船体各部分的应力状态及运动状态.它对保障船体结构和人员安全、指导船舶的操纵以及船体寿命评估具有十分重要的意义.本文首先对船体长期监测系统进行概述,简要介绍船体长期监测系统的工程价值,接着对船舶长期监测系统的发展与应用现状进行分析,详细阐述国内外一些具有代表性的工程应用成果.最后对船舶长期监测系统存在的问题和未来发展趋势进行论述,为后续研究提供借鉴.     

船体结构应力监测及健康评估系统

针对长期服役舰艇承载能力下降的问题,设计一套船体结构应力监测及健康评估系统。论述船体结构应力监测及健康评估系统的研究现状,介绍系统功能模块、软硬件实现途径以及系统需要解决的关键技术。通过对船体结构监测数据的实时采集、存储、监测、报警和评估,该系统可以及时预报故障并降低维护成本,对舰艇的使用、维护、修理和建造具有重要的指导意义。     

航行船舶在波浪中响应长期监测技术

船舶在运营中遭遇恶劣海况时结构可能会发生破坏,从而对船舶在海上航行的安全性产生严重影响.对航行船舶结构安全性的实时监测与评估是船舶设计研究人员非常关注的问题,它对船体结构的研究、设计和标准制定以及航行操作都有重要的意义.对研发成功的一套航行船舶在波浪中响应的长期监测系统(LOTEMS)及其在实船航行中的长期应用情况进行介绍和分析.该系统能对船体结构的总纵强度和局部强度、船舶6个自由度的运动模态以及船舶的加速度进行实时的跟踪测量和分析,可为船舶结构安全状态提供必要的警示信息,以便为船舶操作人员航行决策提供辅助依据.     

“雪龙2”船体监测及辅助决策系统设计

船体结构强度是影响冰区船舶航行与作业安全性的一个重要因素。我国自主建造的"雪龙2"号船上设计安装1套船体监测及辅助决策系统,利用预埋在船体各部位的光纤传感器测量结构应变、结构温度、加速度等信息,通过相应数据处理实时评估结构强度,给船员提供结构安全警示功能并给出航行作业过程中的辅助决策。该系统有利于提高"雪龙2"号船的结构安全性。文章对"雪龙2"号船上安装的船体监测及辅助决策系统设计进行详细介绍,对其他船舶安装应力监测系统有一定的工程借鉴意义。     

船体结构技术状态的超声波实时监测系统研究

为了更加经济和快速地评估船舶结构技术状态,文章研究了一种超声波实时监测系统。该系统将超声波测厚仪原理和船体结构强度校核方法相结合,利用超声回波信号确定船体结构的技术状态,采用RS-232串口进行数据传输,通过信息管理模块、数据处理模块、技术状态评估模块共同完成超声波实时监测的自动化管理。     

基于FBG传感器的船体结构实时监测系统

为实时监测船舶在高速航行时船体结构的状态,评估船体关键部位的强度,提高船舶的安全性.基于FBG传感技术,结合船体结构特征,采用信号处理和强度评估等理论,构建船体结构强度监测体系,以实现船体结构典型位置技术状态监测及预警判断.研究成果可为各种类型船舶的安全健康监测提供一定的借鉴和参考.     

船舶结构应力与缺陷检测中光纤光栅传感器的应用

由于大型舰船大量采用钢结构焊接制造工艺,为了提高舰船的结构安全性,必须对船舶结构的应用与缺陷进行监测,一旦出现应力异常等问题及时报警。本文设计了一种船舶结构应力与缺陷检测系统,该系统的核心是利用光纤光栅传感器的良好性能,将船体结构的应力信号转换为电信号,并通过后续的分析和处理获取船舶结构的工作状态,对于改善船舶监测水平有重要的意义。     

船体结构应力监测点的选取方法研究

船体结构应力实时监测系统通过在船体结构中植入应变传感器实现对结构强度的实时监测与评估.文章对船体结构应力实时监测系统中应力监测点的选取方法进行了研究.通过全船结构有限元分析方法得到船体结构在外载荷作用下的结构应力响应,在此基础上对结构监测点进行选择,通过根据高应力部位和考虑海况信息两种途径对监测点进行选取,并依据选定监测点位置处的受力特点给出了传感器的布置方法,最后给出了一条船的应用实例.     

基于雨流计数法的船体结构疲劳损伤评估方法研究

针对船舶在运营期间船体结构易受到疲劳等损伤,介绍一种改进型三峰谷值雨流计数法,在此基础上对船体结构疲劳损伤评估方法进行探讨,以期为船舶船体结构应力监测系统的构建提供理论支撑,进而为船舶提供早期危险报警和损伤评估,保证船体结构的安全性。通过算例分析验证了该雨流计数法的准确性以及高效性。     

多用途船船体应力监测系统布置

根据某型多用途船大开口箱型货舱结构特点,有针对性地布置安装船体应力监测系统,通过该系统的多通道传感器获取船舶营运阶段实时数据,采用数字孪生技术将实船采集的应力监测数据和船舶有限元模型映射与互联,实现营运船舶的船体结构疲劳寿命、不同装载工况下结构强度分析和预测、不同海况下结构应力分布的实时监控和结构安全评估,取得中国船级社智能船体的船级符号。     

具有内部纵板的水下有限圆柱壳体的强迫振动

运用拉格朗日方程,导出具有内部纵板铰接或固接的水下有限圆柱壳体的振动方程。平板和圆柱壳体的位移场皆采用假设振型展开形式,而壳体和平板之间的位移连续条件通过引入拉格朗日乘子法实现。壳体振动诱发的流体负载采用格林函数和边界振速乘积的边界积分方程表示。采用文中方法得到的壳体结构自然频率和强迫响应同解析法、有限元结果符合良好,表明该方法对于处理具有内部平板结构的有限圆柱壳体的动力学问题有较好适用性和较大潜力。     

肋骨形式对环肋圆柱壳碰撞性能的影响

基于非线性显式有限元程序LS-DYNA,对不同肋骨形式的圆柱壳体在冲头径向撞击下的碰撞过程进行数值仿真,比较分析了环肋圆柱壳结构的塑性变形能,碰撞损伤区域以及接触力等现象。研究结果表明:三种新型肋骨模型的碰撞性能较传统模型有所提高。     

同心球壳-球体系感应磁场的解析解

考虑薄壳体和非薄壳体结构的感应磁场可提高舰艇感应磁场数值建模精度,开发相应的磁场数值程序包时,磁场解析解模型是验证程序包数值准确性的有效手段。同心球壳-球体系模型是验证同时考虑薄壳体和非薄壳体感应磁场数值准确性的理想模型。基于分离变量法推导了该模型感应磁场的解析解,以积分方程法和有限元法为参照,解析解误差均在5%以内,表明了导出解析解表达式的准确性。     

非均匀侧压作用下圆柱壳的强度优化设计研究

研究变厚度圆柱壳在任意轴对称侧向分布荷载作用下、体积保持不变时的强度优化设计问题.采用阶梯折算法,用传递矩阵导出了变厚度圆柱壳的初参数解的显式表达式.根据Huber-Mises-Hencky强度准则,将变厚度圆柱壳的强度优化转化为极小化当量应力的非线性规划问题,并以投影梯度法对本问题进行了的优化计算;对一些典型算例的计算分析证明本文方法的可靠性.     

Research on vibration and near-field sound radiation of ring-ribbed cylindrical shell coated deadening and decoupling materials

The research on structural vibration and sound radiation of underwater ring-ribbed cylindrical shell, which is coated with a kind of deadening and decoupling materials, becomes a focus in recent years. This paper analyzes the problem on two aspects: model experiment and numerical calculation. The model experiment is carried out including three cases firstly, in which the structural vibration response and radiating acoustic field are measured respectively, and the results gained in these three cases are analyzed to discuss the effect of reducing structural vibration and radiating noise of the deadening and decoupling materials. The coupling FEM/BEM and the SEA methods are both used in numerical calculation, i.e. the arithmetic of the coupling FEM/BEM method is adopted to calculate the low frequency characteristics and the SEA method is adopted to calculate the medium-high frequencies characteristics of the model. By comparing experimental results with numerical calculation results, it is proved that the algorithm adopted in this paper is reasonable.     

求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的一种近似解析法

圆柱壳梁式弯曲振动是一种常见模态,其基于摆动柱声辐射理论。通过引入修正因子,将无限长柱的声压计算转换到有限长柱的声压计算中,提出一种求解圆柱壳弯曲振动声辐射问题的近似解析法。结合算例,计算了其弯曲振动的远场声学特性,并与广泛应用的边界元进行了比较。结果表明,两者具有较好的一致性,近似解析法简单快速,可作为工程评定方法。     

轴系纵振对双层圆柱壳体水下声辐射的影响研究

采用有限元/边界元方法(FEM/BEM)对推进轴系纵振引起的双层圆柱壳水下辐射噪声特性进行研究.使用ANSYS有限元软件建立了流固耦合的有限元模型,计算了流-固耦合状态下结构振动位移响应.利用边界元技术对结构水下辐射噪声特性进行研究,并对推力轴承的布置位置和结构进行了改变,从而改变了激振力的大小及传递途径,对轴系纵振引起的结构水下辐射噪声起到了一定的改善.     

Calculation method of underwater acoustic and vibration response of cabin segment based on onshore vibration test北大核心CSCD

[Objective]This paper proposes a method for calculating the acoustic and vibration response of underwater cylindrical shell structures based on land-based vibration test results.[Methods]An axisymmetric boundary element method (BEM) is introduced to describe the radiation acoustic field of the shell. The relationship of acoustic pressure at the nodal point of the generatrix with velocity is obtained by solving the numerical solution of the boundary element integral equation, then the acoustic radiation impedance matrix of the outer surface of the shell and acoustic transfer vector (ATV) are constructed. Based on the assumption that the low-order vibration mode of an underwater cylindrical shell is the same as that of an onshore cylindrical shell, combined with the modes and acoustic radiation impedance matrix of an onshore cylindrical shell, the modal added mass and damping are calculated. [Results]The natural frequency calculation formula of the underwater cylindrical shell is established on the basis of the onshore mode, and the calculation method of underwater vibration response and acoustic radiation characteristics with the vibration response in air as input is obtained based on mode superposition method.[Conclusion ] The numerical results of a typical cylindrical shell with internal structure show that the method meets the engineering accuracy requirements. © 2023 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

基于固有应变法的环肋圆柱壳焊接残余应力数值分析

环肋圆柱壳是水下装备的主要承压部件,通常采用高强钢进行建造,对焊接残余应力等缺陷较敏感.为了得到不同肋骨布置方式下的焊接残余应力分布情况,首先采用试验和数值模拟的方法研究了高强钢焊接试板残余应力分布情况,验证了固有应变近似公式的适用性;然后,基于固有应变法针对内置、外置T型肋骨的圆柱壳的焊接残余应力进行数值分析,结果表明:两者壳板径向变形与实测资料较为一致,内置肋骨时,跨中壳板内凹,反之外凸;残余应力主要分布于焊缝部位,跨中壳板呈现压应力,内置肋骨的压应力要略大一些.     

环肋圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应

针对水下非接触爆炸问题过程复杂、计算速度慢的问题,本文以一环肋圆柱壳为例,基于以内嵌的水下爆炸载荷计算方法和声-结构耦合方法为关键技术的水下爆炸分析法(AUA),对其水下爆炸冲击下的响应进行了分析。结果发现,壳板厚度对圆柱壳的水下非接触爆炸响应有较为显著的影响,随着壳板厚度的增加,环肋圆柱壳最大位移减小的幅度逐渐变小。在爆炸初期爆距对环肋圆柱壳冲击响应的影响不大,随时间的推移这种影响逐渐增大,环肋圆柱壳各测点变形随爆距的增大线性减小;当肋骨间距大于0.25倍环肋圆柱壳长时,环肋圆柱壳最大变形量可减小90%;继续减小肋骨间距,环肋圆柱壳最大变形减少量并不明显,说明肋骨对其附近测点和中间的板壳起到了显著的加强作用,肋骨间距为0.25倍环肋圆柱壳长时为最经济的肋骨布置方式。