CN114199438B - 一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于船体结构应力监测技术领域，具体涉及一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法。本发明通过结合船舶监测结构的结构分析结果，采用船舶监测结构的监测点优化布置方法，确定出船舶监测结构各监测点的具体位置；然后，通过结合由传感器获取的应力数据，采用对应的载荷识别方法，可依次判断给出船舶监测结构实际遭受的外部载荷作用情况，实现对船舶监测结构实际遭受的外部载荷形式的准确、快速识别，进而为实现船舶监测结构整体应力状态的快速获取提供了有力支撑。

Description

一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法

技术领域

本发明属于船体结构应力监测技术领域，具体涉及一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法。

背景技术

在船体结构应力监测中，通过采用在监测点位置布置传感器的方式，实现了对船舶结构进行健康监测的目的，但这仅能获得监测点位置的应力状态；而若想得到船舶监测结构更多位置的应力状态，就需要相应地增加传感器的布置数量。而布置的传感器数量过多，会带来许多问题，如：不利于经济性的要求；数据量成倍地增加，会给监测系统的数据处理带来很大困难等。因此，这就造成了目前的结构监测方法很难获得船舶监测结构整体应力状态的问题。事实上，由于船上人员作业、传感器的安装工艺和走线、监测点位置的结构复杂等因素的制约，会造成传感器的实际安装位置不在选定的监测点位置的情况；同时，对于在实际海洋环境中营运的船舶，我们也无法确定事先选定的监测点位置是否一直是结构的最危险位置，而这将会给船舶结构的安全性带来很大的隐患。事实上，若能通过由布置的有限数量传感器获得的监测数据，进而得到船舶监测结构的整体应力状态，就可以很好地解决上述问题。特别地，结构实际遭受外部载荷的准确、快速识别，是船舶监测结构整体应力状态快速获取的关键，应该给予足够的重视和研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法。

一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法，包括以下步骤：

步骤1：根据船舶监测结构可能遭受m种形式外部载荷F_sj作用的情况，确定在船舶监测结构上布置监测点的数量m；j＝1,2,…,m，m>2；

步骤2：对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；然后，分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷F_sj0，完成船舶监测结构的结构分析；结合结构分析结果，初步选定m个监测点位置ri；i＝1,2,…,m；

步骤3：获取与每种形式外部载荷F_sj对应的各监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，分别计算与各种形式外部载荷F_sj对应的监测点间的应力关系系数

步骤4：对于任意取定的p、q值，若存在则重新选择m个监测点位置ri，返回步骤3；若不存在/>则确定选定的m个监测点位置ri即为船舶监测结构的最终的监测点位置；

步骤5：获取布置在各监测点位置ri的传感器在遭受实际外部载荷的作用下的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷F_sj对应的监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，计算在监测点ri位置与每种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj-ri；

若存在k_sj-r1＝k_sj-r2＝…＝k_sj-rm，且对于任意n≠j，均不存在k_sn-r1＝k_sn-r2＝…＝k_sn-rm，则判定船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_sj的作用；

若对于任意j，均不满足k_sj-r1＝k_sj-r2＝…=k_sj-rm，则判定船舶监测结构此时遭受了多种形式外部载荷的组合作用；

步骤6：若船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_sj的作用，则步骤5中计算得到的k_sj-ri即为与该种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj，则船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小为：F_sj＝k_sj·F_sj0；此时，由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，即为与船舶监测结构实际遭受外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)；

步骤7：判断船舶监测结构同时遭受的外部载荷的数量x；

步骤7.1：初始化x＝2；

步骤7.2：任取x种形式外部载荷判断船舶监测结构是否同时遭受了x种形式外部载荷/>的组合作用；

先由(1)、…、(x)联立求得与外部载荷对应的应力放大系数/>再分别由(x+1)、…、(m)验证所求的/>是否满足方程的等式关系；若方程(x+1)、…、(m)均满足等式关系，则判定船舶监测结构同时遭受了x种形式外部载荷/>的组合作用；

步骤7.3：若步骤7.2中α₁、…、α_x遍历其全部可能的取值后，仍无法判定船舶监测结构同时遭受了x种形式外部载荷的组合作用，且x＜m-1，则令x＝x+1，返回步骤7.2；若x＝m-1，则判定船舶监测结构同时遭受了所有m种形式外部载荷的组合作用，令x＝m，由步骤7.2中(1)、…、(m)联立求得与外部载荷/>对应的应力放大系数/>

步骤8：对于船舶监测结构同时遭受的x种形式外部载荷由步骤7.2中求得的/>即为与外部载荷/>对应的应力放大系数/>船舶监测结构实际遭受的x种形式外部载荷/>的数值大小为：

与船舶监测结构实际遭受的x种形式外部载荷对应的监测点ri位置的应力数据/>的计算方法为：

本发明的有益效果在于：

本发明通过结合船舶监测结构的结构分析结果，采用船舶监测结构的监测点优化布置方法，确定出船舶监测结构各监测点的具体位置；然后，通过结合由传感器获取的应力数据，采用对应的载荷识别方法，可依次判断给出船舶监测结构实际遭受的外部载荷作用情况，实现对船舶监测结构实际遭受的外部载荷形式的准确、快速识别。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

在现有的船体结构应力监测中，仅能获得结构在传感器布置位置的应力状态，而无法知晓船舶监测结构的整体应力状态。事实上，由于部分现实因素的制约，会造成传感器的实际安装位置不在选定的监测点位置的情况；同时，对于在实际海洋环境中营运的船舶，我们也无法确定事先选定的监测点位置是否一直是船舶监测结构的最危险位置。若出现监测点位置并非结构最危险位置的情况，就会给船舶的安全性带来很大的隐患。而若能通过由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据，得到船舶监测结构的整体应力状态，就可以很好地解决上述问题。特别地，结构实际遭受外部载荷的准确、快速识别，是船舶监测结构整体应力状态快速获取的关键，应该给予足够的重视和研究。

基于此，本发明提出了一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法，具体流程见图1。该方法通过由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据，结合具体的载荷识别方法，能够实现对船舶监测结构实际遭受外部载荷的准确、快速识别，进而为实现船舶监测结构整体应力状态的快速获取提供了有力支撑。

因此，针对船舶监测结构实际遭受外部载荷的识别研究，本发明采用了这样的思路：首先，在分析了结构可能遭受m(m>2)种形式外部载荷的作用后，确定在船舶监测结构上布置相应数量的监测点。然后，对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷，完成船舶监测结构的结构分析；并由船舶监测结构的监测点优化布置方法，最终确定各监测点的位置。最后，结合由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据，采用一种形式外部载荷单独作用对应的载荷识别方法、多种形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法、全部形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法等，具体判断船舶监测结构实际遭受的外部载荷作用情况。

首先，根据船舶监测结构可能遭受m(m>2)种形式外部载荷作用的情况，确定在船舶监测结构上布置相应数量的监测点。其次，对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷，完成船舶监测结构的结构分析，并由船舶监测结构的监测点优化布置方法，最终确定各监测点的位置。然后，结合由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据，由一种形式外部载荷单独作用对应的载荷识别方法，判断船舶监测结构是否实际仅遭受了一种形式外部载荷的单独作用。再后，若判定了船舶监测结构并非仅遭受一种形式外部载荷的单独作用，则由多种形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法，依次判断船舶监测结构是否同时遭受了两种形式、…、m-1种形式外部载荷的组合作用。最后，若直至最终判定了船舶监测结构也并非遭受了m-1种形式外部载荷的组合作用，则可确定船舶监测结构同时遭受全部形式外部载荷的组合作用。

本发明的原理如下：

1)船舶监测结构的监测点优化布置方法

由于船舶监测结构可能遭受m(m>2)种形式外部载荷F_sj(j＝1,2,…,m)的作用，进而需要布置相应数量的监测点。首先，对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷F_sj0，结合结构分析结果，初步选定m个监测点ri(i＝1,2,…,m)位置，并获得与每种形式外部载荷对应的各监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)。

然后，由公式(1)分别计算得到与上述各种形式外部载荷对应的监测点间的应力关系系数

最后，结合已获得的监测点间的应力关系系数对于任意取定的p、q值，判断是否存在这样的等式关系：/>若没有这样的等式关系存在，则确定初步选定的监测点位置为最终的监测点位置；若有这样的等式关系存在，则应考虑更换监测点的位置，并重复上述过程，直至获得满足要求的各监测点位置ri，以避免出现无法判断船舶监测结构实际遭受外部载荷的情况。

2)一种形式外部载荷单独作用对应的载荷识别方法

根据由布置在监测点ri位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷对应的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，首先获得在监测点ri位置，与每种形式外部载荷对应的应力放大系数k_sj-ri：

然后，结合由公式(2)获得的与各种形式外部载荷对应的应力放大系数k_sj-ri，判断是否有如下关系的存在：

k_s1-r1＝k_s1-r2＝…＝k_s1-rm (3-1)

k_s2-r1＝k_s2-r2＝…＝k_s2-rm (3-2)

k_s3-r1＝k_s3-r2＝…＝k_s3-rm (3-3)

……

k_sm-r1＝k_sm-r2＝…＝k_sm-rm (3-m)

若由公式(2)获得的各应力放大系数k_sj-ri满足(3-1)，而不满足(3-2)、(3-3)、…、(3-m)，则说明船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_s1的作用，其余同理。在判断出船舶监测结构仅遭受了一种形式外部载荷F_sj的作用后，则由公式(2)计算得到的应力放大系数k_sj-ri即为与该种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj；相应地，由公式(4)可计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小。此时，由布置在监测点ri位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，即为与船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

F_sj＝k_sj·F_sj0 (4)

若上述各应力放大系数k_sj-ri均不满足(1)、(2)、(3)、…、(m)中的关系，则可判断船舶监测结构此时并非遭受了一种形式外部载荷的单独作用，而是遭受了多种形式外部载荷的组合作用。

3)多种形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法

首先，判断船舶监测结构是否同时遭受了两种形式外部载荷的组合作用。此时，根据由布置在监测点ri位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷对应的监测点ri位置的单位应力数据，由方程(5)判断船舶监测结构是否实际遭受了两种形式外部载荷F_sα(j＝α)、F_sβ(j＝β)(β＞α)的组合作用。

具体地，先由5-(a)、5-(b)联立求得与外部载荷F_sα、F_sβ对应的应力放大系数k′_sα、k′_sβ，再分别由5-(c)、…、5-(m)验证所求的k′_sα、k′_sβ是否满足方程的等式关系；若对应的方程均满足等式关系，则说明船舶监测结构同时遭受了两种形式外部载荷F_sα、F_sβ的组合作用，此时，上述所求得的k′_sα、k′_sβ即为与外部载荷F_sα、F_sβ对应的应力放大系数k_sj(j＝α,β)。相应地，由公式(4)可对应地计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sα、F_sβ的数值大小；由公式(6)可依次计算得到由传感器获得的、与外部载荷F_sj(j＝α,β)对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

σ′_ri(F_sj)＝k_sj·σ′_ri(F_sj0) (6)

若上述所求的k′_sα、k′_sβ使5-(c)、…、5-(m)中存在不满足等式关系的方程式，则考虑更新α、β的数值，直至α、β遍历其全部可能的取值；若此时，仍无法获得符合要求的外部载荷F_sα、F_sβ，则可判断船舶监测结构此时并非同时遭受了两种形式外部载荷的组合作用。

然后，若有m>3，则继续判断船舶监测结构是否同时遭受了三种形式外部载荷的组合作用。此时，根据由布置在监测点ri位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷对应的监测点ri位置的单位应力数据，由方程(7)判断船舶监测结构是否实际遭受了三种形式外部载荷F_sα(j＝α)、F_sβ(j＝β)、F_sγ(j＝γ)(γ＞β＞α)的组合作用。

具体地，先由7-(a)、7-(b)、7-(c)联立求得与外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ对应的应力放大系数k′_sα、k′_sβ、k′_sγ，再分别由剩余方程验证所求的k′_sα、k′_sβ、k′_sγ是否满足方程的等式关系；若对应的方程均满足等式关系，则说明船舶监测结构同时遭受了三种形式外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ的组合作用，此时，上述所求得的k′_sα、k′_sβ、k′_sγ，即为与外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ对应的应力放大系数k_sj(j＝α,β,γ)。同样地，由公式(4)可对应地计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ的数值大小；由公式(6)可依次计算得到由传感器获得的、与外部载荷F_sj(j＝α,β,γ)对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

若上述所求的k′_sα、k′_sβ、k′_sγ使剩余方程中存在不满足等式关系的方程式，则考虑更新α、β、γ的数值，直至α、β、γ遍历其全部可能的取值；若此时仍无法获得符合要求的外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ，则可判断船舶监测结构此时并非遭受了三种形式外部载荷的组合作用。

顺序地，采用同样的方法，依次判断船舶监测结构是否同时遭受了其余多种形式外部载荷的组合作用，若最终判断船舶监测结构此时也并非遭受了m-1种形式外部载荷的组合作用，则说明船舶监测结构同时遭受了全部形式外部载荷的组合作用。

4)全部形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法

在判定了船舶监测结构同时遭受了全部形式外部载荷的组合作用后，根据由布置在监测点ri位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷对应的监测点位置的单位应力数据，由方程(8)可求得与各种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj：

在分别获得了与船舶监测结构实际遭受的各种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj后，同样可由公式(4)对应地计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小；由公式(6)可依次计算得到由传感器获得的、与外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

本发明的具体方法如下：

1)根据船舶监测结构可能遭受多种形式外部载荷F_sj(j＝1,2,…,m，m>2)作用的情况，确定在船舶监测结构上布置m个监测点。

2)对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；然后，分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷F_sj0，完成船舶监测结构的结构分析；结合结构分析结果，初步选定m个监测点位置ri(i＝1,2,…,m，m>2)，并获得与每种形式外部载荷对应的各监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)。

3)根据已获得的上述各单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，由公式(1)分别计算得到与上述各种形式外部载荷对应的监测点间的应力关系系数对于任意取定的p、q值，判断是否存在有/>这样的等式关系。

4)结合3)中的判断结果，若存在有这样的等式关系，则需要重新确定监测点位置，并重复上述3)、4)的过程，直至获得满足要求的各监测点ri位置；若不存在有/>这样的等式关系，则可确定初步选定的监测点位置即为船舶监测结构的最终的监测点位置。

5)根据由布置在监测点ri位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷对应的监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，由公式(2)计算得到在监测点ri位置，与每种形式外部载荷对应的应力放大系数k_sj-ri；然后，结合一种形式外部载荷单独作用对应的载荷识别方法，判断船舶监测结构是否仅遭受了一种形式外部载荷的作用。

6)根据5)中的判断结果，若判定了船舶监测结构实际仅遭受了一种形式外部载荷的单独作用，则由公式(2)计算得到的应力放大系数k_sj-ri，即为与该种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj；进而，由公式(4)可计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小；此时，由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，即为与船舶监测结构实际遭受外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

7)在判定船舶监测结构实际遭受了多种形式外部载荷的组合作用后，首先，由方程(5)判断船舶监测结构是否同时遭受了两种形式外部载荷F_sα(j＝α)、F_sβ(j＝β)的组合作用；若确定了船舶监测结构实际遭受两种形式外部载荷的组合作用，则所求得的k′_sα、k′_sβ即为与外部载荷F_sα、F_sβ对应的应力放大系数k_sj(j＝α,β)，进而，由公式(4)可对应地计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sα、F_sβ的数值大小；由公式(6)可计算得到由传感器获得的、与外部载荷F_sj(j＝α,β)对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

8)若α、β遍历其全部可能的取值后，仍无法获得符合要求的外部载荷F_sα、F_sβ；若有m>3，则由方程(6)判断船舶监测结构是否同时遭受了三种形式外部载荷F_sα(j＝α)、F_sβ(j＝β)、F_sγ(j＝γ)的组合作用；若确定了船舶监测结构实际遭受三种形式外部载荷的组合作用，则所求得的k′_sα、k′_sβ、k′_sγ，即为与外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ对应的应力放大系数k_sj(j＝α,β,γ)；进而，由公式(4)可对应地计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ的数值大小；由公式(6)依次计算得到由传感器获得的、与外部载荷F_sj(j＝α,β,γ)对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

9)若α、β、γ遍历其全部可能的取值后，仍无法获得符合要求的外部载荷F_sα、F_sβ、F_sγ，则顺序地，采用同样的方法，依次判断船舶监测结构是否同时遭受了其余多种形式的外部载荷组合作用。若最终判断船舶监测结构此时也并非遭受了m-1种形式外部载荷的组合作用，则说明船舶监测结构同时遭受了全部形式外部载荷的组合作用。

10)在判定船舶监测结构同时遭受了全部形式外部载荷的组合作用后，由方程(7)求得与各种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj；然后，由公式(4)可对应地计算得到船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小；进而，由公式(6)可依次计算得到由传感器获得的、与外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)。

本发明给出了一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法，根据结构可能遭受的外部载荷作用的情况，采用船舶监测结构的监测点优化布置方法，最终确定各监测点位置；进而，通过由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据，结合相对应的载荷识别方法，识别给出船舶监测结构实际遭受的外部载荷的作用情况。其具体特点如下：

1)该方法能实现对船舶监测结构实际遭受的外部载荷形式的准确、快速识别。该方法具体通过船舶监测结构的监测点优化布置方法、一种形式外部载荷单独作用对应的载荷识别方法、多种形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法、全部形式外部载荷组合作用对应的载荷识别方法，实现了对船舶监测结构实际遭受的外部载荷形式的准确、快速识别。

2)该方法简便易行，实用性强。该方法主要通过结合船舶监测结构的结构分析结果，采用船舶监测结构的监测点优化布置方法，确定出船舶监测结构各监测点的具体位置；然后，通过结合由传感器获取的应力数据，采用对应的载荷识别方法，可依次判断给出船舶监测结构实际遭受的外部载荷作用情况。

3)该方法有助于船舶监测结构整体应力状态的获取。结构实际遭受的外部载荷形式的准确、快速识别，是船舶监测结构整体应力状态获取的关键。因而，在由本发明中的方法准确识别出了结构实际遭受的外部载荷形式后，结合相关船舶监测结构整体应力状态的快速获取方法，即可快速地获得船舶监测结构的整体应力状态。

进一步限定，本发明方法对于船舶监测结构可能遭受的外部载荷形式超过两种的情况具有很好的适用性。

进一步限定，对于初步选定的m个监测点，应分别对应于在各种形式外部载荷的单位载荷作用下，船舶监测结构的结构应力最大位置。特别地，对于有n(n＜m)种形式外部载荷对应的结构应力最大位置出现重合的情况，应考虑适当更换其中n-1种形式外部载荷对应的监测点位置。

进一步限定，在需要更换初步选定的监测点位置时，应按照与相应形式外部载荷对应的结构应力由大到小的顺序进行，以保证选取的监测点位置具有较好的代表性。

进一步限定，若判断出船舶监测结构未遭受全部形式外部载荷的作用，则应保留由与船舶监测结构实际遭受外部载荷对应的监测点位置的应力数据，并依此进行后续研究，而删除由其余各监测点位置的传感器获得的应力数据，以解决出现的数据冗余问题。

进一步限定，若在监测点位置布置了三向传感器，则对于专利中所涉及的由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据、与每种形式外部载荷对应的监测点位置的单位应力数据，均应为监测点位置的合成应力。

实施例1：

一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法，包括以下步骤：

步骤1：根据船舶监测结构可能遭受m种形式外部载荷F_sj作用的情况，确定在船舶监测结构上布置监测点的数量m；j＝1,2,…,m，m>2；

步骤2：对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；然后，分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷F_sj0，完成船舶监测结构的结构分析；结合结构分析结果，初步选定m个监测点位置ri；i＝1,2,…,m；

步骤3：获取与每种形式外部载荷F_sj对应的各监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，分别计算与各种形式外部载荷F_sj对应的监测点间的应力关系系数

步骤4：对于任意取定的p、q值，若存在则重新选择m个监测点位置ri，返回步骤3；若不存在/>则确定选定的m个监测点位置ri即为船舶监测结构的最终的监测点位置；

步骤5：获取布置在各监测点位置ri的传感器在遭受实际外部载荷的作用下的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷F_sj对应的监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，计算在监测点ri位置与每种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj-ri；

若存在k_sj-r1＝k_sj-r2＝…＝k_sj-rm，且对于任意n≠j，均不存在k_sn-r1＝k_sn-r2＝…＝k_sn-rm，则判定船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_sj的作用；

若对于任意j，均不满足k_sj-r1＝k_sj-r2＝…=k_sj-rm，则判定船舶监测结构此时遭受了多种形式外部载荷的组合作用；

步骤6：若船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_sj的作用，则步骤5中计算得到的k_sj-ri即为与该种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj，则船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小为：F_sj＝k_sj·F_sj0；此时，由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，即为与船舶监测结构实际遭受外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)；

步骤7：判断船舶监测结构同时遭受的外部载荷的数量x；

步骤7.1：初始化x＝2；

步骤7.2：任取x种形式外部载荷判断船舶监测结构是否同时遭受了x种形式外部载荷/>的组合作用；

先由(1)、…、(x)联立求得与外部载荷对应的应力放大系数/>再分别由(x+1)、…、(m)验证所求的/>是否满足方程的等式关系；若方程(x+1)、…、(m)均满足等式关系，则判定船舶监测结构同时遭受了x种形式外部载荷/>的组合作用；

步骤7.3：若步骤7.2中α₁、…、α_x遍历其全部可能的取值后，仍无法判定船舶监测结构同时遭受了x种形式外部载荷的组合作用，且x＜m-1，则令x＝x+1，返回步骤7.2；若x＝m-1，则判定船舶监测结构同时遭受了所有m种形式外部载荷的组合作用，令x＝m，由步骤7.2中(1)、…、(m)联立求得与外部载荷/>对应的应力放大系数/>

步骤8：对于船舶监测结构同时遭受的x种形式外部载荷由步骤7.2中求得的/>即为与外部载荷/>对应的应力放大系数/>船舶监测结构实际遭受的x种形式外部载荷/>的数值大小为：

与船舶监测结构实际遭受的x种形式外部载荷对应的监测点ri位置的应力数据/>的计算方法为：

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于船舶结构监测数据分析的载荷识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据船舶监测结构可能遭受m种形式外部载荷F_sj作用的情况，确定在船舶监测结构上布置监测点的数量m；j＝1，2，…，m，m＞2；

步骤2：对船舶监测结构进行离散处理，得到以传感器监测范围为单元尺寸的离散模型；然后，分别对该离散模型施加上述各种形式外部载荷的单位载荷F_sj0，完成船舶监测结构的结构分析；结合结构分析结果，初步选定m个监测点位置ri；i＝1，2，…，m；

步骤3：获取与每种形式外部载荷F_sj对应的各监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，分别计算与各种形式外部载荷F_sj对应的监测点间的应力关系系数

步骤4：对于任意取定的p、q值，若存在则重新选择m个监测点位置ri，返回步骤3；若不存在/>则确定选定的m个监测点位置ri即为船舶监测结构的最终的监测点位置；

步骤5：获取布置在各监测点位置ri的传感器在遭受实际外部载荷的作用下的应力数据σ′_ri(F_s)，结合与每种形式外部载荷F_sj对应的监测点位置的单位应力数据σ′_ri(F_sj0)，计算在监测点ri位置与每种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj-ri；

若存在k_sj-r1＝k_sj-r2＝…＝k_sj-rm，且对于任意n≠j，均不存在k_sn-r1＝k_sn-r2＝…＝k_sn-rm，则判定船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_sj的作用；

若对于任意j，均不满足k_sj-r1＝k_sj-r2＝…＝k_sj-rm，则判定船舶监测结构此时遭受了多种形式外部载荷的组合作用；

步骤6：若船舶监测结构此时仅遭受了外部载荷F_sj的作用，则步骤5中计算得到的k_sj-ri即为与该种形式外部载荷F_sj对应的应力放大系数k_sj，则船舶监测结构实际遭受的外部载荷F_sj的数值大小为：F_sj＝k_sj·F_sj0；此时，由布置在监测点位置的传感器获得的应力数据σ′_ri(F_s)，即为与船舶监测结构实际遭受外部载荷F_sj对应的监测点ri位置的应力数据σ′_ri(F_sj)；

步骤7：判断船舶监测结构同时遭受的外部载荷的数量x；

步骤7.1：初始化x＝2；

步骤7.2：任取x种形式外部载荷判断船舶监测结构是否同时遭受了x种形式外部载荷/>的组合作用；

先由(1)、…、(x)联立求得与外部载荷对应的应力放大系数/>再分别由(x+1)、…、(m)验证所求的/>是否满足方程的等式关系；若方程(x+1)、…、(m)均满足等式关系，则判定船舶监测结构同时遭受了x种形式外部载荷/>的组合作用；

步骤7.3：若步骤7.2中α₁、…、α_x遍历其全部可能的取值后，仍无法判定船舶监测结构同时遭受了x种形式外部载荷的组合作用，且x＜m-1，则令x＝x+1，返回步骤7.2；若x＝m-1，则判定船舶监测结构同时遭受了所有m种形式外部载荷的组合作用，令x＝m，由步骤7.2中(1)、…、(m)联立求得与外部载荷/>对应的应力放大系数/>

步骤8：对于船舶监测结构同时遭受的x种形式外部载荷由步骤7.2中求得的/>即为与外部载荷/>对应的应力放大系数/>船舶监测结构实际遭受的x种形式外部载荷/>的数值大小为：

与船舶监测结构实际遭受的x种形式外部载荷对应的监测点ri位置的应力数据/>的计算方法为：