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基于光纤光栅传感器的油船结构状态监测研究
| 论文题名： | 基于光纤光栅传感器的油船结构状态监测研究 |
| 关键词： | 油船结构;光纤光栅传感器;状态监测;有限元建模;封装工艺 |
| 摘要： | 随着经济全球化和国际贸易的日趋频繁，各大洲间的货运物流量越来越大，而船舶作为一种上运输工具承担了主要的货运任务。此外，由于现代工业的持续发展，尤其汽车工业的迅猛发展，世界上汽车保有量也持续增加，因此，石油的消耗量以及需求量也急剧增加，而这也引起石油运输量的增加，这其中原油与成品油的运输主要依靠大型油船来承担。但是，近年来90～00年代建造的油船因建造和使用年限较长的缘故，海损事故频发，大多是由于结构损坏而致，油船作为一种可能对海洋环境造成严重污染的原油或者成品油的运输工具，其结构安全性的意义可想而知。 本文对光纤光栅传感器原理和工作方式进行了研究，结合油船这一特定对象，以及油船所在的营运环境的特殊性，得出光纤光栅传感器作为油船结构状态监测用传感器的必然性与可行性。并且针对光纤光栅传感器的应力—交叉敏感性问题总结了已有解决方案，根据可行性与经济性的原则选择了参考光纤光栅传感器方法作为解决方案，并且给出了具体选择原因。为了遏制溢油事故，以及保证油船在营运过程中有足够的安全性，因此油船在技术上采用双壳结构，由此使得传感空间狭窄，加之长期航行于强电解介质、潮湿环境，因此本文为油船设计了特殊的以钛合金为基础材料的传感器封装，针对不同位置和不同的布置方式，设计出基片式封装与管式封装两种不同的封装传感器，均将光纤光栅温度参考光栅一起进行封装，以便于其实施应用。并且做出了详细的设计方案以及封装的工艺过程。 本文利用Micron Optics公司生产的裸光栅制作了基片式封装传感器，利用等强度梁、Ut7110Y静态应变仪与Micron Optics公司生产的SM130光纤光栅解调仪进行了灵敏度试验，验证了该封装下的传感器具有良好的线性度，并最终得出该封装传感器的应变修正系数。 通过对油船结构形式分析，以及对油船结构产生失效可能性大的位置进行分析，并且结合对油船油舱段结构有限元建模计算结果，得出应力集中位置，结合油船实际营运中的典型失效位置，最终找出光纤光栅传感器的布置位置。针对得到的布置位置，采用分布式光纤光栅传感网络，进行油船结构状态监测，并且建立监测与报警系统。该系统参考武汉理工大学理工光科公司为武汉理工大学交通学院结构实验室建立的船舶结构监测系统。为今后油船在营运过程的结构状态监测提供参考。 |
| 作者： | 赵彦文 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 严仁军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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