一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法技术

本发明专利技术属于船体结构应力监测技术领域，具体涉及一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法。本发明专利技术在获得了待监测结构监测点位置的应力数据后，结合由节点应力获得单元应力的简化方法、单元间的应力关系系数，可得到基准单元的应力数据；再根据研究范围内单元间的应力关系系数，便可获得研究范围内全部单元的应力数据。在结构板板厚小于传感器监测范围时，本发明专利技术对待监测结构相应研究范围内各单元进行尺寸再划分，先获得各等效单元间的应力关系系数，然后采用基于单元面积的面积加权平均方法，结合对应单元的应力数据，获得基准等效单元应力数据。本发明专利技术实现了对待监测结构疲劳评估应力的准确获取，保证了船体结构疲劳状态的准确评估。状态的准确评估。状态的准确评估。

【技术实现步骤摘要】
一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法


[0001]本专利技术属于船体结构应力监测
，具体涉及一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法。

技术介绍

[0002]在船体结构的疲劳监测中，通常在监测点位置布置直角三向传感器(见图1)，由各向传感器获得待监测结构的实时应力数据；然后，将获得的各向实时应力数据合成处理为实时应力，并将该实时应力直接输入到船体结构疲劳评估模块，完成待监测结构疲劳状态的实时评估，但这仅能获得监测点位置的应力状态。事实上，疲劳监测点对应的结构一般是极为复杂的，且最终发生疲劳破坏的位置可能并不在监测点位置。因此，若能通过划定待监测结构的疲劳关注区域，并设法获得该区域的整体应力状态，就能很好地解决上述问题。出于对船体结构疲劳关注区域整体应力状态获取的需求，考虑采用有限元方法的思想，结合由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据，进而实现对待监测结构疲劳关注区域整体应力状态的获取。但这需要首先给出将由传感器获得的应力数据处理为船体结构疲劳评估应力的方法。一般认为，传感器的监测范围是a
×
a(a为传感器的尺寸)，而船体结构疲劳强度评估所要求的范围是t
×
t(t为待监测结构的板厚)，且在绝大多数情况下t≠a，从而造成了由传感器获得的结构应力与实际用于待监测结构疲劳评估的结构应力存在差异，若直接将由传感器获得的应力数据应用到待监测结构的整体应力获取中，就势必会影响待监测结构疲劳状态的准确评估，也不利于人员掌握结构的真实应力状态。

技术实现思路
r/>[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法。
[0004]一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：获取待监测结构；考虑船体结构疲劳评估所要求的范围t
×
t，记为等效单元，t为结构板板厚；以监测点pq为起始点，由传感器的监测范围a
×
a对待监测结构进行离散处理，得到待监测结构的离散模型；若t≥a，则将以监测点pq为共用节点的各等效单元的尺寸范围确定为研究范围；若t＜a，则将与传感器监测范围对应的各单元的尺寸范围确定为研究范围；
[0006]步骤2：对待监测结构的离散模型施加特定形式外部载荷F
s
的单位载荷F
s0
；
[0007]若t≥a，则获取研究范围内全部单元的应力数据并在以监测点pq为共用节点的r个单元中选择某个单元作为基准单元，记其应力数据为其中，v＝1,2,
…
,w；计算得到单元间的应力关系系数
[0008][0009]若t＜a，则对研究范围内的各单元进行尺寸再划分，得到与之对应的各等效单元
λ；结合有限元方法，获取各等效单元的应力数据并选定其中的基准等效单元，记其应力数据为计算得到各等效单元间的应力关系系数
[0010][0011]步骤4：根据与特定形式外部载荷F
s
对应的监测点pq位置的应力数据获取基准单元的应力数据结合单元间的应力关系系数计算得到研究范围内全部单元的应力数据
[0012][0013][0014]其中，为与特定形式外部载荷F
s
对应的单元间应力关系系数，
[0015]步骤5：若t≥a，则按下式计算得到用于船体结构疲劳评估的等效单元应力数据
[0016][0017]其中，为用于船体结构疲劳评估的等效单元η的方向应力数据；为用于等效单元应力数据获取的单元k的方向应力数据；A
k
为单元k的面积；l为用于等效单元应力数获取的单元总数；
[0018]若t＜a，由则按下式计算得到基准等效单元的应力数据再结合等效单元间的应力关系系数计算得到各等效单元的应力数据
[0019][0020][0021]其中，为等效单元λ的方向应力数据；A
λ
为等效单元λ的面积；p为对单元v再划分得到的等效单元总数；为基准等效单元的方向应力数据；
[0022]步骤6：在获得了以监测点pq为共用节点的各等效单元的应力数据后，计算得到监测点位置的等效节点应力数据
[0023][0024]步骤7：由已获得的监测点位置的等效节点应力数据计算用于船体结构疲劳评估的等效节点应力
[0025][0026][0027]当θ≤0.785时，取当θ＞0.785时，取
[0028]本专利技术的有益效果在于：
[0029]本专利技术能实现由监测点位置的应力数据获得待监测结构对应研究范围内全部单元的应力数据。在获得了待监测结构监测点位置的应力数据后，结合由节点应力获得单元应力的简化方法、单元间的应力关系系数，可得到基准单元的应力数据；再根据研究范围内单元间的应力关系系数，便可获得研究范围内全部单元的应力数据。本专利技术能实现对基准等效单元应力数据的获取。在结构板板厚小于传感器监测范围时，本专利技术提出了一种对待监测结构相应研究范围内各单元进行尺寸再划分的方法，先获得各等效单元间的应力关系系数，然后采用基于单元面积的面积加权平均方法，结合对应单元的应力数据，即可获得基准等效单元应力数据。本专利技术实现了对待监测结构疲劳评估应力的准确获取，保证了船体结构疲劳状态的准确评估。
附图说明
[0030]图1为直角三向传感器布置示意图。
[0031]图2为本专利技术的流程图。
[0032]图3为本专利技术中待监测结构研究区域的示意图。
[0033]图4为本专利技术中待监测结构相应研究范围内的单元再划分示意图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图对本专利技术做进一步描述。
[0035]在现有的船体结构疲劳监测中，直接将由传感器获得的实时应力数据输入到结构疲劳评估模块，完成待监测结构疲劳状态的实时评估。但这仅能获得监测点位置的应力状态，而无法给出待监测结构疲劳关注区域的整体应力状态。因此，出于对船体结构疲劳关注区域整体应力状态获取的需求，考虑采用有限元方法的思想，结合由传感器获得的应力数据，进而实现对待监测结构疲劳关注区域整体应力状态的获取。事实上，传感器的监测范围与船体结构疲劳评估所要求的范围存在差异，若直接将由传感器获得的应力数据应用到待
监测结构疲劳关注区域整体应力状态的获取中，就势必会影响结构应力状态的准确获取，也不利于人员掌握结构的真实应力状态。因此，需要首先给出将由传感器获得的应力数据处理为船体结构疲劳评估应力的方法。
[0036]为解决上述问题，本专利技术采用和借鉴结构有限元方法的思想，合理地确定待监测结构的离散模型，并结合待监测结构的板厚t与传感器的监测范围a的关系，相应地确定了待监测结构的研究范围。首先，对待监测结构进行结构分析，采用单元间的应力关系系数获取方法，得到其研究范围内各单元间的应力关系系数；若t＜a，还需获得相应研究范围内各等效单元间的应力关系系数。然后，结合由传感器获得的监测点位置的应力数据，采用由节点应力获得单元应力的简化方法，获得待监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于传感器数据的船体结构疲劳评估应力获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取待监测结构；考虑船体结构疲劳评估所要求的范围t
×
t，记为等效单元，t为结构板板厚；以监测点pq为起始点，由传感器的监测范围a
×
a对待监测结构进行离散处理，得到待监测结构的离散模型；若t≥a，则将以监测点pq为共用节点的各等效单元的尺寸范围确定为研究范围；若t＜a，则将与传感器监测范围对应的各单元的尺寸范围确定为研究范围；步骤2：对待监测结构的离散模型施加特定形式外部载荷F
s
的单位载荷F
s0
；若t≥a，则获取研究范围内全部单元的应力数据并在以监测点pq为共用节点的r个单元中选择某个单元作为基准单元，记其应力数据为其中，v＝1,2,
…
,w；计算得到单元间的应力关系系数,w；计算得到单元间的应力关系系数若t＜a，则对研究范围内的各单元进行尺寸再划分，得到与之对应的各等效单元λ；结合有限元方法，获取各等效单元的应力数据并选定其中的基准等效单元，记其应力数据为计算得到各等效单元间的应力关系系数计算得到各等效单元间的应力关系系数步骤4：根据与特定形式外部载荷F
s
对应的监测点pq位置的应力数据获取基准单元的应力数据结合单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉超，任慧龙，冯国庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：