流体环境在船舶结构健康监测中的应用机理研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着经济的发展和科技的进步，新型的工程结构不断出现，结构的规模变得越来越大，形式和所使用的材料也越来越复杂。很多大型工程结构一旦发生破坏，不但会造成巨大的生命和财产损失，而且会对社会大众的心理带来巨大的冲击，在很长一段时间内影响社会生活。造成结构破坏的因素中，固然存在着人为疏忽和偶然性的巨大外力作用，但更多的情况是结构在使用过程中发生了微小的、不宜察觉的损伤，没有被及时发现，最终导致了结构的整体失效。如果结构的损伤还在处于程度比较轻、未对结构的整体强度造成实质性影响的时候就能及时地被发现，并采取有效的措施对其进行修复处理，就可以避免因结构失效造成的安全事故。因此，研究结构的健康监测问题，寻找监测结构损伤的方法，是当前结构工程领域的重点和热点，诸多科研人员和工程师为此付出了大量的努力。

所谓结构健康监测（structure health monitoring，简称shm）技术，是指用探测到的响应，结合系统的特性分析，来评价结构损伤的严重性以及定位损伤位置。其基本思想是通过测量结构在超常荷载前后的响应来推断结构特性的变化，进而探测和评价结构的损伤；或者通过持续监测来发现结构的长期退化。

不同的结构领域内，对结构健康监测的研究状况各有不同。在桥梁、地质学等领域，结构健康监测研究得到了广泛的重视和研究，目前国内外已经有很多科研人员对此问题进行了深入研究，并取得了积极的成果。在航空航天界，对于结构的安全性有很高的标准，加上其工作载荷具有极强的不确定性和复杂性，飞行器的结构健康监测始终是科研人员关注的重点问题。但在船舶工程领域，这个问题到目前为止还没有引起足够的重视，国内外鲜有相关文献和报道。主要原因在于船舶结构是一个具有高度冗余性的复杂结构，局部的破坏对结构的整体安全性影响比较小，因此其结构健康监测问题未得到足够的重视。然而，船舶是一种大型的综合结构系统，结构复杂，长期服役在恶劣的海洋环境中，并受到各种载荷的交互作用，如风载荷、海流、波浪载荷、冰载荷、深水压力载荷等，有时还要遭到台风、船体碰撞、爆炸等冲击，结构本身还要遭受环境腐蚀等影响。在这些恶劣的环境载荷长期作用下，再加上设计或使用不当，结构容易产生各种形式的损伤，使结构的承载能力下降，发生灾害性事故，造成巨大的人员伤亡、经济损失。随着船舶结构变得越来越大、航行速度越来越快，对船舶结构的安全性要求将越来越高。特别是 2002 年 11 月 29日，载有 7.7 万吨燃油的威望号油船在西班牙北部海域断裂沉没，造成了巨大的生态灾难后，对船舶结构安全性的重视程度有了大大提高。因此，对船舶结构健康监测问题展开研究，建立一套有效的监测程序和方法，是一项具有积极现实意义的工作。

2. 研究的基本内容与方案

1. 利用三维建模软件建立船舶简易模型，设置流体计算域，使用FLUENT软件仿真分析船舶绕流场特性及流体载荷。

2. 使用ANSYS软件仿真分析在流体载荷激励下船体的结构振动特性及模态参数，完成船舶在给定航速下绕流场与船体结构的流固耦合分析。
3. 使用ANSYS经典模块分析船舶流激振动瞬态动力学响应，尝试提取振动信号以验证流体环境激励可引发船体总振动。
4. 理论推导基于上述振动加速度信号的互相关函数方法在船舶结构健康监测中应用的可行性及基础机理。
5. 理论推导基于上述振动加速度信号的传递率函数方法在船舶结构健康监测中应用的可行性及基础机理，并加以仿真分析进一步论述方法的应用机理。
6. 从技术特性、工程应用、发展前景几个方面分析探讨两种方法分特点及应用前景。

3. 研究计划与安排

2016年02月23日--03月13日: 阅读参考文献，撰写综述，完成开题报告

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 熊海贝，李志强．结构健康监测的研究现状[j].结构工程师,2006.

[2] 李晓飞. 船体局部结构的损伤识别与检测研究[d].上海:上海交通大学博士论文,2009.

[3] 胡海峰. 板状金属结构健康监测的非线性超声理论与关键技术研究[d].长沙:国防科学技术大学博士论文,2011.