CN108548627A - 一种船舶结构热点应力的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种船舶结构热点应力的监测方法，包括如下步骤：S10、根据船舶的设计图纸采用有限元分析的方法分析出船舶易变形的待监测位置；S20、在待监测位置安装三向应变片；S30、在船舶装载或航行过程中采集三向应变片的数据，通过数据比对判定待监测位置处的结构应力值是否超出设计安全值。通过在船舶易变形的位置设置三向应变片，三向应变片可以准确地监测到此位置的应力变化，如果监测到的结构应力值大于设计安全值，说明此位置存在较大的破损危险，可以及时提醒船员进行对应的维修处理；而选择在装载和航行过程中监测，可以及时反馈出这两个工况下船舶的状态，及时了解到船舶易变形的位置，以及时进行处理，杜绝安全隐患，提高航行安全性。

Description

一种船舶结构热点应力的监测方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及一种船舶结构热点应力的监测方法。

背景技术

随着船舶越来越大型化和复杂化，船舶在海上航行所受的载荷越来越大，且部分船舶的新颖设计也使得整个船舶的受力越来越复杂。目前，船舶一般会配置装载计算机，装载计算机的功能之一是针对船舶的吃水及装载状态计算出船体梁在此时的总纵弯矩与剪力，确保船体梁的总纵强度满足设计要求。

而装载计算机在校核船体梁的强度时，只能计算在特定装载状态下船体梁的总纵弯矩和剪力，即装载计算机关注的是船体的整体状态。由于船舶是一个三维立体结构，当船舶在海上航行时，除了受到总纵载荷(纵向，即沿船长方向)外，还受到了横向载荷(船宽方向)。因此，仅仅使用装载计算机来监控船舶受力状况显然不够，其不能监控船舶的局部载荷。而局部载荷对船舶的破坏更不易被发现，存在极大的安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种船舶结构热点应力的监测方法，其操作方便，可实时地监测出船舶结构热点的应力状态，提高船舶的安全性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种船舶结构热点应力的监测方法，包括如下步骤：

步骤S10、根据船舶的设计图纸采用有限元分析的方法分析出船舶易变形的位置，此位置为结构热点应力的待监测位置；

步骤S20、在所述待监测位置安装三向应变片；

步骤S30、在船舶装载或航行过程中采集所述三向应变片的数据，通过数据比对判定所述待监测位置处的结构应力值是否超出设计安全值。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述待监测位置为沿船长方向在所述船舶上间隔设置的多个监测剖面，每个所述监测剖面均为船舶的横向剖面，每个所述监测剖面设置有U型的监测线，所述监测线的起点和终点分别设置在船舶主甲板与左右两侧舷边的交接处，所述监测线由所述起点出发沿靠近左侧外板的舱室内壁延伸至船底的舱室底部，然后沿船宽方向贯穿整个船底的舱室底部后再沿靠近右侧外板的舱室内壁延伸至所述终点，所述监测线上间隔设置多个监测点，所述监测点处设置所述三向应变片。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述监测线包括沿船宽方向延伸的第一监测线和沿船高方向延伸的第二监测线，所述第一监测线沿船宽方向设置在船底的舱室底部并避开槽型舱壁，所述第二监测线沿船高方向设置在船舶靠近外板的舱室内壁并避开各层舱室之间的甲板层。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述监测点设置在所述监测线具有折角的位置、所述监测线与所述甲板层交接的位置以及所述监测线与所述槽型舱壁交接的位置。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，设置在所述第一监测线上的所述三向应变片的三个方向分别为第一方向、第二方向和第三方向，其中，所述第一方向沿船高方向，所述第二方向沿船宽方向，所述第三方向位于所述第一方向和所述第二方向之间的45度方向。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，设置在所述第二监测线上的所述三向应变片的三个方向分别为第四方向、第五方向和第六方向，其中，所述第四方向沿船长方向，所述第五方向沿船宽方向，所述第六方向位于所述第四方向和所述第五方向之间的45度方向。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述第二监测线包括依次连接的第一线段、第二线段、第三线段、第四线段和第五线段，所述第一线段设置在所述主甲板并与所述主甲板平行，所述第五线段设置在船底的舱室底部并与所述第一线段平行，所述第二线段与所述第一线段呈夹角设置，所述第三线段竖直设置，所述第四线段与所述第五线段呈夹角设置，且所述第一线段和所述第二线段之间形成锐角的第一夹角，所述第四线段和所述第五线段形成锐角的第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角的开口均朝向船艏。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述三向应变片采用防水且耐腐蚀的材料制成。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述船舶上还设置数据收集及显示系统，所述数据收集及显示系统通过数据线与每个所述三向应变片连接。

作为船舶结构热点应力的监测方法的一种优选方案，所述数据线的外包层采用防水且耐腐蚀的材料制成。

本发明的有益效果：通过在船舶易变形的位置设置三向应变片，三向应变片可以准确地监测到此位置的应力变化，如果监测到的结构应力值大于设计安全值，说明此位置存在较大的破损危险，可以及时提醒船员进行对应的维修处理；而选择在装载和航行过程中监测，可以及时反馈出这两个工况下船舶的状态，及时了解到船舶易变形的位置，以及时进行处理，杜绝安全隐患，提高航行安全性。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的船舶的剖视图。

图2为本发明实施例的船舶的俯视图。

图3为本发明实施例的船舶的局部结构示意图。

图4为图1的A处放大示意图。

图中：

1、监测剖面；2、监测线；21、第一监测线；22、第二监测线；221、第一线段；222、第二线段；223、第三线段；224、第四线段；225、第五线段；3、槽型舱壁；4、主甲板；5、船艏；6、数据收集及显示系统；7、数据线；8、三向应变片；9、船尾。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至4所示，本发明实施例提供一种船舶结构热点应力的监测方法，包括如下步骤：

步骤S10、根据船舶的设计图纸采用有限元分析的方法分析出船舶易变形的位置，此位置为结构热点应力的待监测位置；

步骤S20、在所述待监测位置安装三向应变片8；

步骤S30、在船舶装载或航行过程中采集所述三向应变片8的数据，通过数据比对判定所述待监测位置处的结构应力值是否超出设计安全值。

通过在船舶易变形的位置设置三向应变片8，三向应变片8可以准确地监测到此位置的应力变化，如果监测到的结构应力值大于设计安全值，说明此位置存在较大的破损危险，可以及时提醒船员进行对应的维修处理；而选择在装载和航行过程中监测，可以及时反馈出这两个工况下船舶的状态，及时了解到船舶易变形的位置，以及时进行处理，杜绝安全隐患，提高航行安全性。

在本实施例中，所述待监测位置为沿船长方向在所述船舶上间隔设置的多个监测剖面1，每个所述监测剖面1均为船舶的横向剖面，每个所述监测剖面1设置有U型的监测线2，所述监测线2的起点和终点分别设置在船舶主甲板4与左右两侧舷边的交接处，所述监测线2由所述起点出发沿靠近左侧外板的舱室内壁延伸至船底的舱室底部，然后沿船宽方向贯穿整个船底的舱室底部后再沿靠近右侧外板的舱室内壁延伸至所述终点，所述监测线2上间隔设置多个监测点，所述监测点处设置所述三向应变片8。

具体的，所述监测线2包括沿船宽方向延伸的第一监测线21和沿船高方向延伸的第二监测线22，所述第一监测线21沿船宽方向设置在船底的舱室底部并避开槽型舱壁3，所述第二监测线22沿船高方向设置在船舶靠近外板的舱室内壁并避开各层舱室之间的甲板层。

在本实施例中，所述监测点设置在所述监测线2具有折角的位置、所述监测线2与所述甲板层交接的位置以及所述监测线2与所述槽型舱壁3交接的位置。

上述位置是船舶每个监测剖面1最易发生变形的位置，在这些位置安装三向应变片8可以更加准确地监测出应力变化，增加监测的准确性。

在本发明的一个优选的实施例中，设置在所述第一监测线21上的所述三向应变片8的三个方向分别为第一方向、第二方向和第三方向，其中，所述第一方向沿船高方向，所述第二方向沿船宽方向，第三方向位于所述第一方向和所述第二方向之间的45度方向。

进一步的，设置在所述第二监测线22上的所述三向应变片8的三个方向分别为第四方向、第五方向和第六方向，其中，所述第四方向沿船长方向，所述第五方向沿船宽方向，第六方向位于所述第四方向和所述第五方向之间的45度方向。

三向应变片8的方向根据安装位置的不同而设置不同，因此沿船宽方向和船长方形分布的三向应变片8的方向设置为不同，这样可以根据船舶实际装载和航行过程中易发生变形的方向进行监测，提高监测数据的准确性。

在本发明的另一个优选的实施例中，所述第二监测线22包括依次连接的第一线段221、第二线段222、第三线段223、第四线段224和第五线段225，所述第一线段221设置在所述主甲板4并与所述主甲板4平行，所述第五线段225设置在船底的舱室底部并与所述第一线段221平行，所述第二线段222与所述第一线段221呈夹角设置，所述第三线段223竖直设置，所述第四线段224与所述第五线段225呈夹角设置，且第一线段221和第二线段222之间形成锐角的第一夹角，所述第四线段224和所述第五线段225形成锐角的第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角的开口均朝向船艏5。

上述设计的第二监测线22可以实现船舶左右侧面拓宽监测，且第二监测线22上形成的四个折角的位置覆盖了每个监测剖面1对应的船舶左右侧面的易变形区域，提高了监测的准确性。

另外，所述船舶上还设置数据收集及显示系统6，所述数据收集及显示系统6通过数据线7与每个所述三向应变片8连接。数据收集及显示系统6可以实现数据收集和处理，以及对收集到的数据与对应位置的应力的设计安全值，实现了自动化处理，且其还可以将数据和比对结果及时展示给船员，以便于船员进行相应的处理。

由于监测线2贯穿船舶多个舱室，三向应变片8的位置也有可能分部在装载易腐蚀的液体或者货物的舱室，因此，所述三向应变片8和数据线7的外包层均采用防水且耐腐蚀的材料制成。

在本发明的一个具体的实施例中，此船舶结构热点应力的监测方法包括如下步骤：

步骤S100、将船舶的设计图纸采用有限元分析的方法分析出船舶易变形的待监测位置，并在船舶制造过程中将此位置采用划线的方式标注在船舶上，形成监测线2；

步骤S200、在监测线2的折角位置、监测线2与甲板层的交接位置以及监测线2与槽型舱壁3交接的位置安装三向应变片8，其中，沿船宽方向安装的三向应变片8的三个方向分别为船高方向、船宽方向以及二者的45度方向，沿船高方向安装的三向应变片8的三个方向分别为船长方向、船宽方向以及二者的45度方向。

步骤S300、将所有的三向应变片8采用数据线7连接位于船尾9的数据收集及显示系统6，利用此数据收集及显示系统6进行数据收集、比对、储存以及显示，便于船员能更快的监测到船舶的结构热点的应力状态。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”等的描述意指结合该实施例的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚器件，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10、根据船舶的设计图纸采用有限元分析的方法分析出船舶易变形的位置，此位置为结构热点应力的待监测位置；

步骤S20、在所述待监测位置安装三向应变片；

步骤S30、在船舶装载或航行过程中采集所述三向应变片的数据，通过数据比对判定所述待监测位置处的结构应力值是否超出设计安全值。

2.根据权利要求1所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述待监测位置为沿船长方向在所述船舶上间隔设置的多个监测剖面，每个所述监测剖面均为船舶的横向剖面，每个所述监测剖面设置有U型的监测线，所述监测线的起点和终点分别设置在船舶主甲板与左右两侧舷边的交接处，所述监测线由所述起点出发沿靠近左侧外板的舱室内壁延伸至船底的舱室底部，然后沿船宽方向贯穿整个船底的舱室底部后再沿靠近右侧外板的舱室内壁延伸至所述终点，所述监测线上间隔设置多个监测点，所述监测点处设置所述三向应变片。

3.根据权利要求2所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述监测线包括沿船宽方向延伸的第一监测线和沿船高方向延伸的第二监测线，所述第一监测线沿船宽方向设置在船底的舱室底部并避开槽型舱壁，所述第二监测线沿船高方向设置在船舶靠近外板的舱室内壁并避开各层舱室之间的甲板层。

4.根据权利要求3所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述监测点设置在所述监测线具有折角的位置、所述监测线与所述甲板层交接的位置以及所述监测线与所述槽型舱壁交接的位置。

5.根据权利要求3所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，设置在所述第一监测线上的所述三向应变片的三个方向分别为第一方向、第二方向和第三方向，其中，所述第一方向沿船高方向，所述第二方向沿船宽方向，所述第三方向位于所述第一方向和所述第二方向之间的45度方向。

6.根据权利要求3所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，设置在所述第二监测线上的所述三向应变片的三个方向分别为第四方向、第五方向和第六方向，其中，所述第四方向沿船长方向，所述第五方向沿船宽方向，所述第六方向位于所述第四方向和所述第五方向之间的45度方向。

7.根据权利要求3所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述第二监测线包括依次连接的第一线段、第二线段、第三线段、第四线段和第五线段，所述第一线段设置在所述主甲板并与所述主甲板平行，所述第五线段设置在船底的舱室底部并与所述第一线段平行，所述第二线段与所述第一线段呈夹角设置，所述第三线段竖直设置，所述第四线段与所述第五线段呈夹角设置，且所述第一线段和所述第二线段之间形成锐角的第一夹角，所述第四线段和所述第五线段形成锐角的第二夹角，所述第一夹角和所述第二夹角的开口均朝向船艏。

8.根据权利要求1至7任一项所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述三向应变片采用防水且耐腐蚀的材料制成。

9.根据权利要求1至7任一项所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述船舶上还设置数据收集及显示系统，所述数据收集及显示系统通过数据线与每个所述三向应变片连接。

10.根据权利要求9所述的船舶结构热点应力的监测方法，其特征在于，所述数据线的外包层采用防水且耐腐蚀的材料制成。