基于应力和振动频率的典型船体结构裂纹损伤识别方法研究

为研究典型船体结构的裂纹识别方法,通过模型试验和数值仿真相结合的方法获取了大量可靠的训练样本和验证测试样本。基于BP神经网络技术建立了裂纹损伤识别模型,分别以静态应力参数、动态振动参数、应力与振动参数结合三类信息作为特征参数,对裂纹位置坐标进行了识别,对识别精度进行了对比分析。结果表明利用神经网络模型进行加筋板裂纹损伤识别是可行的,其中以应力与振动参数结合作为裂纹识别的特征信息识别精度最高,绝大多数裂纹位置识别误差在5%之内。研究方法和研究成果可为船体结构裂纹损伤智能化识别提供参考。     

裂纹损伤对典型船体结构振动频率的影响规律研究

为研究裂纹损伤对典型船体结构振动特性的影响,选择加筋板作为典型船体结构,选择穿透性裂纹作为典型损伤形式。首先利用数值仿真和模型试验对带有裂纹的结构模型固有频率计算方法进行了研究,在此基础上针对边裂纹和中间裂纹2种形式进行了大量的仿真计算,得到模型各阶固有频率、频率变化率随裂纹位置和长度变化的规律。研究结果表明,结构各阶固有频率以及频率变化率对裂纹较为敏感,可以作为裂纹识别的特征参数。同时,试验和仿真计算结果数据也可以为裂纹损伤识别研究提供训练样本和验证样本。     

裂纹损伤对典型船体结构振动频率的影响规律研究

为研究裂纹损伤对典型船体结构振动特性的影响,选择加筋板作为典型船体结构,选择穿透性裂纹作为典型损伤形式。首先利用数值仿真和模型试验对带有裂纹的结构模型固有频率计算方法进行了研究,在此基础上针对边裂纹和中间裂纹2种形式进行了大量的仿真计算,得到模型各阶固有频率、频率变化率随裂纹位置和长度变化的规律。研究结果表明,结构各阶固有频率以及频率变化率对裂纹较为敏感,可以作为裂纹识别的特征参数。同时,试验和仿真计算结果数据也可以为裂纹损伤识别研究提供训练样本和验证样本。     

基于支持向量机的典型船体结构裂纹损伤模式分类研究

为了识别典型船体结构裂纹损伤,提出基于支持向量机(SVM)的分类方法,采用固有时间尺度分解(ITD)和奇异值分解(SVD)方法对振动信号进行特征向量提取,得到训练样本和验证样本数据,应用SVM算法对训练样本数据进行正确的分类。为评估SVM分类准确性,引入BP神经网络算法进行对比分析,2种算法对验证样本进行分类预测,结果证明SVM方法对小样本试验数据进行模式分类具有更高的准确率。对十字加筋板的损伤模式进行分类研究,可对船体局部结构的维修和管理提供更好辅助决策支持。     

基于振动的结构损伤识别方法研究

基于振动的损伤识别方法在过去几十年中得到了快速发展.该技术的核心在于结构的振动特性是结构物理参数的函数,结构损伤也就意味着结构物理参数的改变,而物理参数的改变必然引起结构振动特性的改变.文中介绍了该方法的涵义和应用现状,评述了各方法的优缺点,最后指出了基于振动的损伤识别方法还需进一步解决的问题.     

裂纹位置变化对典型船体结构应力影响规律的研究

为了研究裂纹位置与舰船结构之间的影响规律,应用有限元分析软件对舰船典型结构进行仿真计算,以应力响应为特征参数,得到相应结构在受到单向拉应力时的应力分布情况。通过对不同裂纹位置的应力响应情况进行对比分析,总结出裂纹与应力之间的规律。结果表明,应力响应作为损伤识别特征参数具有实际意义,在参数一致的情况下,边裂纹对结构的应力分布具有更强的影响,船体结构的应力分布情况随着裂纹的位置变化而改变,可为智能化舰船中的裂纹损伤识别提供技术支持。     

船体振动频率计算法

(一)绪言船体振动的原理,曾于本刊登载[1][2]■。除了一些近似公式外,计算都比较复杂。对于高节点的频率计算,也没有具体说明。本文是根据原理,结合实际设计情况,把振动频率计算,用表格方式排列,使在设计室中可以方便地应用;同时,还可以和船体强度计算联系起来,应用通常强度计算中的船体重量分布曲线所得出的每L/20一段中平均单位长度的重量。一切计算表格中的积分,沿船总长分20等份计算。每等份中的数值,都用该等份内的平均值;因此积分时只须把这些平均值相加,计算可以简单得多。     

希望号储油轮船体局部结构裂纹损伤原因分析

对使役二十年的南海希望号储油轮，进行了总体结构、局部结构计算分析、模拟试验及实测。完成甲板与左舷第５号压载水舱（５Ｐ舱）裂纹处的应变应力实测后又发现左舷第２号压载舱（２Ｐ舱）也存在裂纹及裂纹损伤，在进行２Ｐ舱应变应力实测的同时还对５Ｐ舱裂纹损伤处相对应的前一肋段进行了实测。这些数据对探明损伤原因提供了充分的依据。     

基于加速度和卷积神经网络的船体板裂纹损伤检测

裂纹是船舶结构中最常见的损伤形式之一。由于船舶结构十分复杂而且密闭空间多,传统的依靠人力的裂纹损伤检测方法耗时长、主观依赖性强,难以满足智能船舶的需求。本文提出了一个基于加速度和卷积神经网络（convolutional neural networks, CNN）的船体板裂纹损伤实时在线无损检测方法,该方法能够自动地学习裂纹损伤特征。通过基于Python语言的Abaqus二次开发技术建立简支板损伤模型并计算其动力学响应。采集板的加速度数据用于训练CNN模型,利用数据裁剪技术对数据集进行扩充,讨论了不同CNN结构形式对船体板裂纹损伤检测的影响。与基于小波包变换的多层感知机神经网络相比,提出的CNN方法能够更好地提取裂纹位置和长度损伤特征,同时对噪声的敏感程度较低。     

典型船体结构拐角区域的应力分布比较研究

加强结构以保证船体的结构强度为主,合理选择结构形式对于船舶安全航行至关重要。为此,采取奇异强度理论与ANSYS数值模拟方法比较分析了4种典型二维结构拐角处的应力分布及其奇异性,进而针对6种船用典型三维结构,分别在拉伸载荷、弯矩载荷及共同作用的工况下,分析并比较了结构拐角处不同方向的应力分布,并明确了有限元分析方法,希望为实际工程应用提供参考。     

基于灵敏度的结构损伤识别方法

提出了一种基于灵敏度的结构损伤识别方法,该方法仅利用结构损伤前后的前三阶模态参数来确定结构的损伤定位因子和损伤程度评估因子,实现对结构损伤的识别。本文用三维五层框架结构有限元模型数值模拟了四种典型的损伤工况,损伤识别结果表明,应用本文所提的损伤定位因子可准确的对损伤构件实现损伤定位,相应得出的损伤程度评估结果也与模拟的损伤工况较吻合。该方法不需要归一化的振型,仅利用结构基准模型和损伤实测的低阶模态即可,简便易行,具有一定的应用价值。     

基于裂纹扩展理论的船体结构疲劳评估

疲劳破坏是船舶结构的主要破坏形式之一。为了保证船舶结构有足够的疲劳强度,各国船级社、船厂等均建立了船舶结构疲劳强度校核规范作为船舶疲劳评估的指导性文件,尽管这些规范均是建立在S-N曲线方法基础上的,但由于S-N曲线方法存在自身无法克服的缺陷(如忽略材料的初始缺陷等),对同一节点进行计算得到的疲劳寿命大相径庭。该文作者在基于裂纹扩展理论的基础之上,给出了一套详细的船体结构疲劳评估方法,并应用此方法对大型船舶结构典型节点的疲劳寿命进行评估,以期能为完善船舶结构疲劳寿命的评估提供参考。     

工程结构裂纹损伤振动诊断的发展现状和展望

  目的  随着智能船舶的发展,传统裂纹损伤检测方法已难以满足检测需求,为此,提出一种基于门控循环单元（GRU）神经网络的箱型梁结构裂纹损伤实时检测方法。  方法  通过基于Python语言的ABAQUS二次开发技术,建立箱型梁裂纹损伤模型,计算其在动态高斯白噪声激励下的加速度响应。通过数据裁剪技术扩充原始数据之后生成数据集,并考虑噪声的影响。建立基于GRU的箱型梁裂纹损伤检测模型,直接将加速度响应数据集作为输入,以最小损失函数值为目标来训练模型,并与基于小波包变换的多层感知机神经网络（WPT-MLP）进行对比。  结果  结果显示,所提出的GRU模型在损伤位置和损伤长度的检测上相比WPT-MLP检测精度更高,对噪声的敏感程度更低,且在对损伤位置的近似预测方面精度也较高。  结论  研究证明了GRU神经网络在包含多个板的箱型梁结构裂纹损伤检测中的适用性。     

裂纹转子振动特性及裂纹的识别方法探讨

对裂纹转子的振动特性进行进一步的研究与探讨,建立水平Jeffcott裂纹转子模型,导出了裂纹轴的刚度矩阵.最后集中讨论裂纹转子的振动特性及裂纹的识别方法.     

基于LSTM-GRU模型的船体结构应力预测分析

船体结构应力预测对船舶航行安全具有重要意义,然而由于船体结构应力数据具有强随机性,传统方法难以有效准确地对其进行预测。为解决这一问题,采用对非线性关系具有很强拟合能力的长短期记忆网络（LSTM）和门控循环单元（GRU）组合方法对船体结构应力数据进行预测,并通过模型试验验证该方法的稳定性和可行性。结果表明,相比传统的循环神经网络（RNN）模型和单个预测模型,该组合模型在预测精度和效果方面都有明显优势,能够有效预测船体结构应力。其中,预测值与实际值的误差保持在3%以内,决定系数为0.91。     

基于振动的简支梁裂纹损伤识别研究

针对传统损伤检测对早期裂纹不敏感的问题,研究了基于振动的裂纹损伤检测。文中对简支梁的裂纹损伤进行了理论分析、数值模拟和实验研究,结果表明简支梁的各阶模态频率随着裂纹深度的的增加而减小,证实了基于模态频率检测裂纹损伤的可行性,为损伤的早期检测提供了依据。     

有频率约束的船体结构优化设计

为完成某集装箱船艉部结构设计,建立具有频率约束的船体结构优化设计模型,采用不同的优化方案对艉部结构进行优化,在工程造价基本保持不变的条件下,使优化后的结构不仅固有频率满足频率储备要求,而且其构件分布更为合理。     

船体结构典型节点疲劳模型试验

船体结构建造过程中存在一定程度的不确定性,同时在实际应用中可选择的S-N曲线是有限的,假设都采用规范推荐的S-N曲线计算疲劳寿命,其计算值必将与真实值产生一定程度的差异,因此有必要对船体结构典型节点进行疲劳模型试验。本文采用模型试验的方法对船体结构2种典型节点形式的疲劳特性,以及试验模型的设计、试验数据的处理方式及试验结果进行研究,得出的方法和结论对船体结构典型节点的疲劳模型试验具有参考意义。