基于FBG技術(shù)的散貨船結(jié)構(gòu)監(jiān)測傳感器布置研究.pdf

1、散貨船自上個世紀(jì)50年代中期出現(xiàn)以來，在國際航運(yùn)業(yè)中，其運(yùn)輸占貨物運(yùn)輸?shù)?0％以上。由于其貨運(yùn)量大，貨源充足，航線固定，裝卸效率高等因素，散貨船運(yùn)輸獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。近年來80～90年代建造的散貨船因建造和使用年限較長海損事故頻發(fā)，究其原因多數(shù)是由于結(jié)構(gòu)損壞而致。因此，有關(guān)散貨船營運(yùn)安全的問題，正同益得到重視。船體的金屬結(jié)構(gòu)在長期運(yùn)行中會產(chǎn)生各種損傷和裂紋，這種損傷的長期累積是引起船體結(jié)構(gòu)發(fā)生危險(xiǎn)的潛在或直接因素。若能對船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行

2、早期損傷檢測，對潛在的威脅發(fā)出預(yù)警，這對船舶的營運(yùn)安全有重大的意義。結(jié)構(gòu)狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)是針對結(jié)構(gòu)物運(yùn)行和維護(hù)的一項(xiàng)新興技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測其在運(yùn)行過程中的狀態(tài)參數(shù)，提供結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)數(shù)據(jù)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷，以便采取必要措施防止重大事故的發(fā)生。將該技術(shù)引用于船舶結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測中，有著遠(yuǎn)大的開發(fā)前景。 在這套船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中選用何種傳感設(shè)備以及如何針對散貨船的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)力分布情況選擇監(jiān)測點(diǎn)的位置以及傳感器的布置方法，顯得

3、極為關(guān)鍵。光纖光柵傳感技術(shù)是近年發(fā)展起來的新型傳感技術(shù)，具有易于光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高等特點(diǎn)，而且還很容易在一根光纖中連續(xù)制作多個光柵，與時(shí)分復(fù)用和波分復(fù)用技術(shù)相結(jié)合，很適于作為分布式傳感元件埋入材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)部或貼裝在結(jié)構(gòu)表面，對結(jié)構(gòu)的溫度、壓力、應(yīng)變等實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測。船舶營運(yùn)環(huán)境復(fù)雜，長期處在風(fēng)浪襲擊和海水的腐蝕環(huán)境下，在船舶監(jiān)測系統(tǒng)中優(yōu)先選用新型的FBG傳感器具有相當(dāng)大的優(yōu)越性。 船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的目的是實(shí)時(shí)了

4、解船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的情況，對可能出現(xiàn)的早期損傷發(fā)出警報(bào)，預(yù)防大的結(jié)構(gòu)損壞從而保證船舶的營運(yùn)安全。因此，選擇合理有效的監(jiān)測位置，才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。 本文分析了光纖光柵傳感器的原理和常用的監(jiān)測系統(tǒng)，并提出了船體結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)目的和可參考的實(shí)施方案。針對船舶處于復(fù)雜的變化的應(yīng)力條件下，不能簡單的依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行傳感器的布置，提出了通過有限元計(jì)算的方法，對船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布和變化做出初步的統(tǒng)計(jì)，并選擇一艘典型的雙舷側(cè)散貨

5、船的貨艙艙段部分進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合FBG傳感器的特點(diǎn)，對艙段部分結(jié)構(gòu)監(jiān)測的位置和傳感器的布置方法做出了初步探討。目前，關(guān)于船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的研究還不夠成熟完善。大型結(jié)構(gòu)物的整體狀況監(jiān)測是一項(xiàng)巨大、復(fù)雜的工程，涉及到各方面、各學(xué)科知識的運(yùn)用與綜合。船舶結(jié)構(gòu)物因其本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及江海的多變營運(yùn)環(huán)境，相比橋梁、隧道、大壩等民用工程更為復(fù)雜，需要更多的學(xué)者參與研究。本文僅對散貨船艙段結(jié)構(gòu)的監(jiān)測提出分析的方法，在今后有關(guān)船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的研究中