【摘 要】
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近年来,全球气候变暖,北极冰雪融化加速。在经济全球化、区域一体化不断深入发展的背景下,北极在战略、经济、科研、环保、航道、资源等方面的价值不断提升,受到国际社会的普
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近年来,全球气候变暖,北极冰雪融化加速。在经济全球化、区域一体化不断深入发展的背景下,北极在战略、经济、科研、环保、航道、资源等方面的价值不断提升,受到国际社会的普遍关注,中国也应当把握机遇,保障自己在极地地区的利益。然而相比于芬兰、俄罗斯等近极地国家,目前我国对极地环境信息的实测数据较少,极地船舶设计和建造经验也相对不足,大量研究还需进一步开展。在极地船设计阶段,基于规范和有限元仿真的结构设计很难全面、准确地评估极地船船体结构在真实极地环境中的风险,所以极地船需要通过智能化设备对其结构的状态进行实时的监测与评估,辅助船员做出决策。基于传感技术和局域网技术的极地船结构状态监测与评估系统不仅可以实时地对船体结构进行强度评估,还能将评估结果长时间存储,这样不仅能够让研究人员和航运人员实时地掌握极地船结构的健康状态,同时也能给研究人员提供有价值的参考数据,为以后的设计与研究提供帮助,所以在船舶智能化的要求逐渐提高的当下,结构状态监测将会成为极地船的一个必要选择。针对极地船结构状态监测与评估系统,本文的主要研究内容如下:1.依据极地船结构状态监测与评估系统不同测点的设置目的,本文分别给出了相应的选点方法,在选点时着重考虑了极地地区的冰载荷和低温环境对测点布置的影响,并提出了通过对候选单元进行破损后的船体应力响应分析的方法来优化候选测点,同时给出了应变传感器温漂的补偿方案。2.提出了可以用于极地船舶的冰载荷反演方法,分别为剪应力分布法和影响系数矩阵法,并分别给出了理论模型和算例。针对影响系数矩阵法,本文应用有限元仿真软件模拟了极地船板架结构在冲击载荷作用下的应力响应,设计了载荷反演的计算方案,同时还分析了测点位置对反演结果的影响,给出了合理的载荷反演测点布置方案。3.给出了基于实时应力数据的强度评估方法,用以对极地船船体结构的屈服强度,疲劳强度进行评估,在此基础上,本文还考虑了低温和冰-船碰撞的动态效应对结构强度的影响。最后,依据结构的塑性变形和损伤后固有频率变化的现象,本文提出了两种损伤识别方法。
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