【技术实现步骤摘要】
一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统及方法
[0001]本专利技术涉及一种船舶结构智能健康监测系统及方法，特别是一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统及方法，属于船舶健康监测
技术介绍
[0002]随着船舶大型化以及超大型化，从而对船体结构强度要求也越来越高，船东对于船体结构强度以及安全性的关注也不断提高。目前，各大船级社都在不断的推进相关的智能船顶层设计，推出了各种智能船符号，比如ABS推出了智能船体结构智能符号SMART(SHM)。目前关于船体结构健康监测的主要手段还是基于安装船体应力监测系统，此系统只能监测传感器安装处的应力，对于其他关键区域结构安全并没有预报性和诊断性，并不能实现船级社所要求的智能化。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统及方法，对任意结构点进行实时的智能健康监测，时效性强。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统，其特征在于：包含
[0006]应力数据库，利用水动力分析软件和有限元软件，提前对船舶不同吃水D、不同航速V、不同波高H、不同波浪周期T、不同浪向角β下的船体关键结构进行模拟分析，形成基础应力数据库；
[0007]波浪雷达，对船舶周边波浪信息全方位扫描，实时采集船舶航行过程中的波浪载荷数据；
[0008]波浪分析处理器，对波浪雷达采集到的波浪数据进行谱分析；>[0009]应力监测传感器，用于监测安装点处船体结构的应力；
[0010]数据处理器，根据输入的波浪数据，建立数据模型和进行计算分析，对关键区域结构应力状态以及疲劳寿命进行实时的计算和预报，并对船体结构安全状态进行评估；
[0011]显示器,显示船体关键区域结构应力以及累计疲劳损伤。
[0012]进一步地，所述数据处理器安装在船端或者安装在岸端，当安装在岸端时，船上安装数据传输通讯器，将波浪分析处理器处理的波浪信息、GPS航速信息、装载信息和应力传感器收集的应力信息传输到岸端数据处理器实时计算分析，并接受岸端数据处理器传输过来的关键区域结构应力状态以及疲劳寿命预报结果.
[0013]进一步地，所述波浪雷达包含艉部雷达和艏部雷达，艉部雷达设置在船体艉部，艏部雷达设置在船体艏部。
[0014]进一步地，还包括报警器，当监测的船体的应力数据或者疲劳损伤值超过目标值时进行报警。
[0015]一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测方法，其特征在于包含以下步骤：
[0016]步骤一：计算出船舶不同吃水D、不同航速V、不同波高H、不同波浪周期T、不同浪向角β下各典型位置的峰值应力响应函数，建立基础应力响应数据库；
[0017]步骤二：波浪雷达每个时间间隔实时输入波高H、周期T、浪向角β，以及装载仪输入的吃水D，GPS输入的航速V；
[0018]步骤三：根据波浪雷达每个时间间隔实时输入的波高H，周期T，浪向角β，以及装载仪输入的吃水D，GPS输入的航速V，基于有限元得到的基础应力数据库，找到相邻的波高、周期、浪向角、吃水、航速，基于运营过程中雷达实际输入波高，周期，浪向角，吃水，航速，使用插值算法得到应力值；
[0019]步骤四：对于给定的主波浪信息与次波浪信息分别插值得到主波浪应力σ
主
与次波浪应力σ
次
，对两个应力值进行叠加，即可得到预报点处的总预报应力σ
预报
＝σ
主
+σ
次
；
[0020]步骤五：基于应力传感器实时输入的应力以及应力数据库中应力传感器安装处预报的应力，对未监测的关键区域进行插值计算得到的预报应力进行修正，得到每个关键结构区域的应力时历曲线，进而得到实时应力；
[0021]步骤六：将实际预报应力值σ
max预报
与许用应力值σ
许用
进行对比，R＝σ
max预报
/[σ
许用
]*100％,用百分比来判断低风险、中风险、高风险，对于疲劳损伤，根据损伤系数来判断低风险、中风险、高风险。
[0022]进一步地，所述步骤三中，对于输入的波高H，浪向角β，周期T，从数据库中找到接近波高H的H1、H2对应应力，接近浪向角β的β1、β2对应应力，接近周期T的T1、T2对应应力，其中，H1、H2是数据库的波高列表中与波高H相邻的两个相邻波高，β1、β2是数据库的浪向角列表中与浪向角β相邻的两个相邻浪向角，T1、T2是数据库的周期列表中与周期T相邻的两个相邻周期，并且H1<H<H2，β1<β<β2，T1<T<T2。
[0023]进一步地，所述步骤三中，对于输入的吃水D，航速V，从数据库中找到接近吃水D的D1、D2对应应力，其中D1、D2是数据库的吃水列表中与吃水D相邻的两个相邻吃水，且D1<D<D2，找到接近航速V的V1、V2对应应力,其中V1、V2是数据库的航速列表中与航速V相邻的两个相邻航速，且V1<V<V2。
[0024]进一步地，所述步骤五具体为：每时刻间隔内应力监测系统监测点的实时监测到的应力值，取其中最大值σ
max测
，监测点每时刻间隔插值得到的应力预报值,取其中最大值σ
max预报
，将应力监测系统监测点的最大应力σ
max测
与此处插值得到的每分钟内最大应力σ
max预报
计算比值，可以得到预报应力的修正系数σ
max测
/σ
max预报
＝s，然后对其他关键点预报的应力乘以修正系数s进行修正，σ
修正预报
＝s*σ
预报
。
[0025]进一步地，所述步骤五中，每个关键结构区域的应力时历曲线使用雨流计数法对应力循环进行计数，并基于miner线性损伤理论进行疲劳计算。
[0026]进一步地，所述步骤六中，应力监测中80％以下为低风险，80％
‑
90％为中风险，高于90％为高风险；疲劳损伤监测中损伤系数0.8以下为低风险，0.8
‑
0.9为中风险，高于0.9为高风险。
[0027]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和效果：本专利技术的一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统及方法，根据提前计算的应力数据库，以及波浪雷达收集到的波浪信息，可以对任意结构点进行实时的智能健康监测，并通过应力检测系统测得的应力对预报应力进行修正。通过实时监测船体结构状态信息，实现船舶结构安全性能的综合评估，
对船舶结构的应力水平和疲劳寿命进行实时预测/报警功能等，能及时为船员提供客观可靠的信息，增强船体结构的风险预防能力，提升船舶运营安全性，降低维护成本和频率，延长船本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统，其特征在于：包含应力数据库，利用水动力分析软件和有限元软件，提前对船舶不同吃水D、不同航速V、不同波高H、不同波浪周期T、不同浪向角β下的船体关键结构进行模拟分析，形成基础应力数据库；波浪雷达，对船舶周边波浪信息全方位扫描，实时采集船舶航行过程中的波浪载荷数据；波浪分析处理器，对波浪雷达采集到的波浪数据进行谱分析；应力监测传感器，用于监测安装点处船体结构的应力；数据处理器，根据输入的波浪数据，建立数据模型和进行计算分析，对关键区域结构应力状态以及疲劳寿命进行实时的计算和预报，并对船体结构安全状态进行评估；显示器,显示船体关键区域结构应力以及累计疲劳损伤。2.根据权利要求1所述的一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统，其特征在于：所述数据处理器安装在船端或者安装在岸端，当安装在岸端时，船上安装数据传输通讯器，将波浪分析处理器处理的波浪信息、GPS航速信息、装载信息和应力传感器收集的应力信息传输到岸端数据处理器实时计算分析，并接受岸端数据处理器传输过来的关键区域结构应力状态以及疲劳寿命预报结果。3.根据权利要求1所述的一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统，其特征在于：所述波浪雷达包含艉部雷达和艏部雷达，艉部雷达设置在船体艉部，艏部雷达设置在船体艏部。4.根据权利要求1所述的一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测系统，其特征在于：还包括报警器，当监测的船体的应力数据或者疲劳损伤值超过目标值时进行报警。5.一种基于波浪雷达的船舶结构智能健康监测方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一：计算出船舶不同吃水D、不同航速V、不同波高H、不同波浪周期T、不同浪向角β下各典型位置的峰值应力响应函数，建立基础应力响应数据库；步骤二：波浪雷达每个时间间隔实时输入波高H、周期T、浪向角β，以及装载仪输入的吃水D，GPS输入的航速V；步骤三：根据波浪雷达每个时间间隔实时输入的波高H，周期T，浪向角β，以及装载仪输入的吃水D，GPS输入的航速V，基于有限元得到的基础应力数据库，找到相邻的波高、周期、浪向角、吃水、航速，基于运营过程中雷达实际输入波高，周期，浪向角，吃水，航速，使用插值算法得到应力值；步骤四：对于给定的主波浪信息与次波浪信息分别插值得到主波浪应力σ
主
与次波浪应力σ
次
，对两个应力值进行叠加，即可得到预报点处的总预报应力σ
预报
＝σ
主
+σ
次
；步骤五：基于应力传感器实时输入的应力以及应力数据库中应力传感器安装处预报的应力，对未监测的关键区域进行插值计算得到的预报应力进行修正，得到每个关键结构区域的应力时历曲线，进而得到实时应力；步骤六：将实际预报应力值σ
max预报
与许用应力值σ
...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊文，陆明锋，许瑞阳，万冬冬，文元均，应续华，
申请(专利权)人：南通中远海运川崎船舶工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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