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基于逆有限元法的某舱室结构变形监测系统开发
| 论文题名： | 基于逆有限元法的某舱室结构变形监测系统开发 |
| 关键词： | 舱室结构;变形监测;逆有限元法;变形重构 |
| 摘要： | 结构健康监测是近年来船舶行业的研究热点，旨在通过有限信息反映结构的损伤程度，从而更好地评判及维护船舶航行安全性。船舶板件结构通常较为复杂，工程测试难度及成本消耗极大。本文基于逆有限元方法（inverseFiniteElementMethod，iFEM）开发了一套适用于船体典型舱结构的在线监测系统，通过结构典型位置处应变信息重构结构变形，从而评估其健康状态。具体内容如下： （1）基于Reissner-Mindlin板理论构建四节点板逆有限单元，推导出应变-位移转换方程。选取悬臂板、固支板及加筋板模型进行逆有限元重构研究，通过与有限元仿真结果进行对比，验证逆有限元方法的准确性与适用性。结果表明可以将逆有限元方法应用于结构监测系统，减少工程测试量，提升工作效率。 （2）选取典型船舱结构搭建变形重构实验平台，在舱壁表面布置测点进行压力实验，采集不同工况下的应变及位移数据，将表面应变信息作为逆有限元程序的输入，得到设计工况下关键节点的重构变形值，对比验证了逆有限元算法对舱结构在监测过程中的可行性，为开发基于逆有限元方法的监测系统提供数据支撑及对比依据。 （3）基于典型舱结构变形重构实验，将逆有限元法与软件技术结合，开发了一套结构健康监测系统。监测系统采用B/S架构实现前后端分离，通过Python科学计算库编写逆有限元程序，通过Echarts等技术绘制数据变化曲线，实现数据可视化功能，前后端通过Axios进行数据交互，通过Three.js展示舱结构变形重构云图。通过对比系统在设计工况下的节点重构值与变形重构实验结果，表明系统成功运行，实现了实时感知舱结构健康状态的功能。 本文开发的适用于典型舱结构的监测系统不依赖于结构的自身特性与外界载荷信息，通过少量应变信息即可反演出结构变形，感知舱结构的健康状态，为典型舱结构健康状态监测的工程应用提供了新方法。 |
| 作者： | 李婧 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 张涛;邱磊;肖汉林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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