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基于监测的全船剖面载荷快速反演方法研究
| 论文题名： | 基于监测的全船剖面载荷快速反演方法研究 |
| 关键词： | 全船剖面载荷;数据反演;GRU算法;模态叠加法 |
| 摘要： | 船舶在海上航行时会遭遇各类海况，海况的复杂多变性对船体结构的安全性产生极大影响。目前，若航行海况已知，可基于三维势流理论等方法得到船体剖面载荷;但一般情况下海况未知，且海况是多变的，可通过结构应力监测系统对船体结构响应进行监测并做到实时分析，但是对于船体载荷的监测研究较少，本文主要是针对船舶沉浮试验阶段以及航行时，根据船体监测系统监测应力对船舶沉浮与航行过程中的载荷（主要指弯矩）进行计算与预报，提出了一种基于GRU神经网络算法以及基于模态叠加法的全船剖面载荷反演推算方法。首先是通过GRU算法构建船体监测点应力与对应剖面载荷响应之间的关系模型，精确快速得到相应若干剖面载荷，并可以进行载荷的预测，然后基于模态叠加的方法得到整船任意剖面载荷，通过等效节点力的方法自动加载对应船体模型，得到结构应力响应，为船体结构安全保证提供一定参考。本文进行了如下的研究: 1)数据采集处理及传感器故障诊断分析方法研究。应力监测数据的采集处理分析方法研究主要包括:高低频的信号采集频率自适应的方法研究，初始应力修正，数据统计值分析，数据信号滤波处理四方面。另外基于实测数据及其统计值的分析对传感器故障判定方法进行了研究，以确保传感器得到的应力监测数据的真实可靠性。 2)对GRU神经网络模型结构作了介绍分析，并以此为模型，船体结构监测应力值作为训练输入，船体对应剖面弯矩作为模型训练输出，讨论研究了船舶在沉浮试验阶段以及航行两个阶段的载荷预测模型，重点分析GRU模型搭建的过程中需确定分析的参数对于模型训练结果的影响。并使用训练出的应力、载荷预报模型分别对应力、载荷预报作了相关分析研究，实现基于船体监测应力对对应剖面弯矩载荷的反演预报的目的，并通过测试集对载荷预报结果的精度进行验证。 3)全船剖面载荷反演方法研究，通过反演得到的若干剖面弯矩基于模态叠加的方法推演得到整船任意剖面各阶精度下弯矩载荷响应，同时讨论了所得施加剖面弯矩位置以及数量对船体结构响应的影响。 |
| 作者： | 陈乾 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 刘宁 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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