光纖光柵在船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、船舶通常工作于復(fù)雜惡劣的自然環(huán)境中,各種載荷和環(huán)境不斷侵蝕船體,造成船體結(jié)構(gòu)損傷和破壞,進(jìn)而引發(fā)各種嚴(yán)重事故,導(dǎo)致人和物的巨大損失和環(huán)境污染。因此對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)是非常必要。光纖光柵傳感器作為一種新型的光纖傳感器,具有體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、易于組建傳感網(wǎng)絡(luò)等許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),為船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了新的途徑。
　　 課題圍繞船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感與檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)處理與分析系統(tǒng)展開,重點(diǎn)研究光纖光柵傳感器用于船舶結(jié)構(gòu)

2、健康監(jiān)測(cè)的各種關(guān)鍵技術(shù)。論文主要內(nèi)容如下:
　　 1.研究了光纖光柵傳感器的應(yīng)變、溫度交叉敏感問題,選用“參考光柵法”作為船體結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的溫度補(bǔ)償方法;理論分析了橫向應(yīng)力作用下光纖光柵傳感器的波譜特性,及表面式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,研究了適用于船體結(jié)構(gòu)和航行環(huán)境的光纖光柵傳感器封裝結(jié)構(gòu)。
　　 2.運(yùn)用有限元仿真和理論分析方法,研究了水面船舶和潛水器強(qiáng)度彎矩監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感器配置原則;提出了船體波

3、浪砰擊載荷監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感器優(yōu)化配置準(zhǔn)則,運(yùn)用改進(jìn)型自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法,結(jié)合混沌搜索算法實(shí)現(xiàn)了光纖光柵傳感器的快速、高精度優(yōu)化配置。
　　 3.設(shè)計(jì)了結(jié)合可調(diào)諧Fabry-Perot濾波法和干涉法的船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感網(wǎng)絡(luò)與解調(diào)系統(tǒng);重點(diǎn)研究了基于非平衡Mach-Zehnder干涉儀和相位載波零差法的數(shù)字式光纖光柵動(dòng)態(tài)解調(diào)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示解調(diào)系統(tǒng)在500Hz處的動(dòng)態(tài)應(yīng)變分辨率為0.165με/(√)Hz。
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4、.研究了適合船舶強(qiáng)度彎矩信號(hào)處理的數(shù)字濾波技術(shù);提出了基于連續(xù)小波變換和匹配濾波的波浪砰擊信號(hào)頻率、幅值等參數(shù)估計(jì)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了砰擊信號(hào)參數(shù)的無偏、有效估計(jì)。
　　 5.建立了基于隨機(jī)載荷統(tǒng)計(jì)分析的船體結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估流程;重點(diǎn)研究了船體關(guān)鍵位置的疲勞壽命模型、應(yīng)力循環(huán)計(jì)數(shù)、疲勞損傷累計(jì)準(zhǔn)則三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
　　 6.針對(duì)船體常見的T型節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn),提出了基于光纖光柵應(yīng)變傳感網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)損傷識(shí)別方法,運(yùn)用支持向量機(jī)技術(shù)識(shí)別

5、了結(jié)構(gòu)損傷程度。針對(duì)船體結(jié)構(gòu)疲勞破壞萌生的微小斷裂損傷,提出了基于振動(dòng)信號(hào)小波包分解和統(tǒng)計(jì)過程控制理論的動(dòng)態(tài)損傷識(shí)別方法,并運(yùn)用智能算法實(shí)現(xiàn)了損傷位置、損傷程度的同時(shí)有效識(shí)別。
　　 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作包括:
　　 1.建立了波浪砰擊載荷監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感器優(yōu)化配置準(zhǔn)則,并運(yùn)用提出的改進(jìn)型自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)了傳感器配置方案求解。
　　 2.針對(duì)船體T型節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),提出了基于光纖光柵應(yīng)變傳感網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)技術(shù)