船体结构应力监测点的选取方法研究

第１７卷第４期　船舶力学　Ｖｏ１．１７　Ｎｏ．４　２０１３年４月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　Ａｐｒ．２０１３　文章编号：１００７—７２９４（２０１３）０４—０３８９—０９　船体结构应力监测点的选取方法研究　贾连徽，任慧龙，孙树政，李积德，唐浩云　（哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨１５０００１）　摘要：船体结构应力实时监测系统通过在船体结构中植入应变传感器实现对结构强度的实时监测与评估。文章对　船体结构应力实时监测系统中应力监测点的选取方法进行了研究。通过全船结构有限元分析方法得到船体结构　在外载荷作用下的结构应力响应，在此基础上对结构监测点进行选择，通过根据高应力部位和考虑海况信息两种　途径对监测点进行选取，并依据选定监测点位置处的受力特点给出了传感器的布置方法，最后给出了一条船的应　用实例。　关键词：应力监测；结构强度；监测点选择；传感器布置；海浪谱；有限元分析　中图分类号：Ｕ６６１．４３　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—７２９４．２０１３．０４．００８　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｓｈｉｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ＪＩＡ　Ｌｉａｎ－ｈｕｉ，ＲＥＮ　Ｈｕｉ—ｌｏｎｇ，ＳＵＮ　Ｓｈｕ－ｚｈｅｎ￣ＬＩ　一ｄｅ，ＴＡＮＧ　Ｈａｏ—ｙｕｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ（ＳＳＳＲＭＳ）ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈｉｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｂｙ　ｉｍｐｌａｎｔｉｎｇ　ｓｔｒａｉｎ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｕｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ＳＳＳＲＭＳ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｕｎｄｅｒ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｌｏａｄｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｈｉｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　Ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｗｅｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｉｎ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｆｉｎｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｅａ　ｓｔａｔｅｓ．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｔｒａｉｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｐｏｉｎｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ；ｓｅｎｓｏｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ；　ｉｆｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　１引　言　船舶在复杂的海洋环境中航行，由于遭遇恶劣海况、装载不合理或人为操作失误等因素，极易对　船体结构造成损伤，而这种由于环境随机因素造成的结构破坏很难通过理论计算进行预测。因此，　通过在船体结构中植入应变传感器对结构应力进行实时监测与强度评估是解决这一难题的方法之　收稿日期：２０１２—１２—２５　基金项目：国防课题基金资助项目（５１４１４０３０２０４ＣＢ０１０１）　作者简介：贾连徽（１９８５一），男，哈尔滨工程大学船舶工程学院博士研究生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉａｎｈｕｉ＠１６３．ｃｏｍ；　任慧龙（１９６５一），男，哈尔滨工程大学船舶工程学院教授，博士生导师。　３９０　船舶力学　第１７卷第４期　Ｎｉｅｌｓｅｎ等　基于船体结构监测数据对结构的疲劳损伤速率进行了研究；Ｏｋａｓｈａ等［２１通过结构健康　监测系统对船体结构性能进行了评估；Ｗａｎｇ，Ｐｒａｎ等嘲则研究了光纤传感器在船体结构监测中的应用。　以上研究中均介绍了监测点的布置位置，但对这些监测点是如何选取的并没有进行说明。船体结构应　力实时监测首要解决的问题是监测点的位置选取和传感器的布置方法。由于船体结构庞大而复杂，所　受的环境载荷多变，因此对每一构件都进行应力监测几乎是不可能实现的。针对这一问题张岚、侯超　等　以散货船为例，根据中国船级社散货船结构强度直接计算指南，通过舱段结构有限元分析结果，　得到散货船舱段部分结构的应力监测部位；金永兴、胡雄等　则根据集装箱船结构疲劳等事故易发的　主要原因、集装箱船的结构特点以及船体结构应力校核部位选取的基本原则，确定了结构应力监测的　部位，并通过实船航行试验获取了这些测点处的应力数据；王为等嘲通过对Ｎｉｓｈｉｈａｒａ箱型梁模型在中　垂状态下的应力、应变分布的有限元力学分析，研究水面船舶总纵强度监测时的传感器优化布置原　则，并通过改进型粒子群优化算法和混沌算法，以信号覆盖率能满足监测要求为目的，对砰击信号监　测的传感器优化配置准则进行了研究，梁文彬［９１等则采用遗传算法对该问题进行了研究。　值得注意的是，以上研究成果大多是建立在对船体结构做了简化和假设的基础上，根据结构应力　的大小人为地选取监测点，依赖人的经验，主观影响因素较大，选取结果不具有唯一性；或者仅以信号　覆盖率为指标进行传感器的布置研究，而没有考虑船体结构的受力特点。本文在这些研究的基础上，　考虑船舶航行区域海况，通过全船有限元分析得到结构的应力响应函数，在此基础上对监测点的选取　进行了研究，给出了各部位监测点的选取方法，并通过对监测点的应力状态分析给出传感器的布置形　式　２求解应力响应函数　本文通过采用ＭＳＣ．Ｐａｔｒａｎ／Ｎａｓｔｒａｎ进行有限元分析，得到船体结构的应力响应函数。　根据船体结构图采用板（ｓｈｅｌ１）、梁（ｂｅａｍ）、杆（ｒｏｄ）及质量　表１载荷施加方式　ｍａｓｓ）单元建立全船有限元模型。　对全船结构模型施加静水压力、波浪载荷、货物压力、货物惯　性力、重力加速度和波浪载荷引起的全船惯性力等，各载荷施加方　式见表１。　Ｔａｂ．１　Ｌｏａｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　载荷形式　静水压力　加载方式　波浪载荷　货物压力　静水压力　按（１）式计算　ｇ（　）　（１）　货物惯性力　重力加速度　全船惯性力　Ｉｎｅｒｔｉａｌｌ。；　式中：　为海水密度，ｇ为重力加速度，　为吃水，ｚ为距基线高度。　货物压力　按（２）式计算　ｇ（　）　式中：Ｐ　为货物密度，ｈ为货物顶端高度。　货物惯性力　按（３）式计算　【ａ（　０　）＋％（Ｙｏ－Ｙ）＋　（Ｚ０　）］　（３）　式中：　ａｙ、　为货物加速度沿三个坐标轴的分量，　、　。为货物重心点坐标，　、ｙ、　为货物惯性力作用　位置。　重力加速度为常数９．８１　Ｎ／ｋｇ，方向沿　轴负方向。　为了能够真实地模拟船舶在波浪上的状态，将船体看作完全自由梁，即在进行有限元求解时对船　体结构不施加任何约束条件，而是通过惯性释放的方法进行求解［１ｏｌ。　通过上述方法即可得到船体结构任意部位的应力响应函数　，日为装载工况、计算频率和浪向等　第４期　贾连徽等：船体结构应力监测点的选取方法研究　３９１　变量的函数，即　日＝日（．ｊ｝，　，　）　式中：　表示装载工况，∞　表示遭遇频率，卢表示遭遇浪向。　３监测点选择方法　３．１根据高应力部位选择监测点　将船体结构按其特点分为几类，如甲板与平台、船体外板、舱壁、底纵桁与实肋板、纵向骨材、舷侧　肋骨、支柱等七类结构，在每一类结构内将各点应力响应按从大到小排序。　由于全船有限元模型网格单元数量庞大，即使在每一类结构内要将所有的单元应力响应列出也　是困难且没有必要的。本文引入参数Ⅳ，它表示每类结构中所有单元的应力响应按从大到小排序，需　要导出进行下一步分析的应力响应最大的前Ⅳ个单元数量。对参数Ⅳ的取值，认为当网格尺寸与一　个肋位的长度接近时，』ｖ取２０是合适的。　在有限元分析中，高应力和应力集中部位附近单元应力值均会高于其他部位，因此选出的Ⅳ个单　元应力并不一定代表Ⅳ个高应力或应力集中部位，多数情况下这些单元分布在几个高应力或应力集　中部位附近。为了方便计算机编程找出这些高应力和应力集中位置，规定一个参考距离Ｄ，在选出的　Ⅳ个单元中，任意两个单元的距离只要小于Ｄ，则保留应力绝对值较大的单元。不妨设选出的Ⅳ个单　元的应力和坐标为　｛【．ｓ。，Ｃ，（　，Ｙ　，ｚ　）］，【．Ｓ　，Ｃ：（　ｚ，Ｙ２，　ｚ）］，　，【ＪＳ　Ｃ　（　，Ｙｎ，ｚ　）Ｊ】　（ｎ＝ｌ，２，Ａ，Ｎ）　（５）　式中：５　和Ｃ　（　，Ｙｎ，ｚ　）分别为第ｎ个单元的应　力和中心坐标，且有Ｉ５　Ｉ＞ｌＳ　Ｉ　＞ＩＳ　ｌ。则任意　两单元间的距离为　．厂————ｒ—————　———　ｄｉ　＝Ｖ（　—　，）＋（　—　）＋（Ｚｉ－－Ｚｙ）　（６）　式中：角标ｉ，Ｊ表示第　个单元和第．，个单元。　计算步骤如下：①计算ｄ　若ｄ　：＜Ｄ则剔除　单元２，否则计算ｄ　；②计算ｄ　若ｄ　＜Ｄ则剔　除单元３，否则判断单元２是否被剔除，若存在　单元２则计算　，否则计算ｄ　；③以此类推，直　至Ⅳ个单元均计算完毕，流程图如图１所示。　按照上述方法首先对各工况下选出的Ⅳ个　高应力单元进行一次计算，得到各工况下的高应　力部位，再将这些部位进行第二次计算，剔除各　工况间的重复部位，得到最终的全船高应力部　位。　３．２考虑海况信息的监测点选择　由上述过程可以看出，选取的位置是各浪向　与频率组合的工况中应力响应最大的几个位置，　即认为一旦遭遇某一特定海况则通过上述方法　选出的位置将是该海况下船体结构最易出现破　图ｌ高应力和应力集中位置选取的程序流程图　坏的位置。但是船舶在航行中遭遇某一特定浪向　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｓｓ　与频率组合的工况的概率是相对较低的，绝大多　ａｎｄ　ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　３９２　船舶力学　第１７卷第４期　数情况下船舶是会遭遇各种不同的海况，因此当海况资料完备时，仅由上述方法选取的位置是不够全　面的。因此本文通过对各工况下的响应函数进行加权，根据加权平均值来选取结构应力监测点。需要　指出的是该方法是在以下两点假设的前提下提出的：（１）船舶的遭遇浪向服从均匀分布；（２）航速对　线性波浪载荷的影响不大。　由于船舶的遭遇浪向可近似认为服从均匀分布…】，因此，相应的权函数仅与船舶的装载工况和遭　遇频率有关。对于装载工况的时间分配系数，可根据船舶的实际情况来确定各工况所占的比例，或根　据相关规范㈣来确定。对于遭遇频率，可根据船舶航行区域的海浪谱资料求出各遭遇频率的出现概率，　将该出现概率与各工况的时间分配系数相乘作为求解加权平均应力响应函数的权值。　船舶的遭遇频率　与实际波浪频率　关系如下：　　，ｆ＼　ｌ＋　ｇ　ｃｏｓ０　１　／　（７）　式中：　为航向角，　为航速。由于航速对线性波浪载荷影响不大『ｌ３１，计算时Ｕ可取为定值，即航速的出　现概率可取为１，航向角０的出现概率服从０。～３６０。之间的均匀分布。因此，在权函数计算时可用实际　波浪频率的出现概率代替遭遇频率的出现概率。　设船舶装载工况的时间分配系数为　，波浪频率的出现概率为Ｐ，则权函数Ａ与加权平均应力响　应函数Ⅳ为：　Ａ　ｆ￣Ｏｌｉ￣Ｐｉ　：（８）　｛∑∑∑Ａ∥日（＾　　，∞，，　）　ｉ　Ｊ　式中各符号含义同前所述。　将加权平均应力响应函数作为排序的　优先级，再仿照２．１中选取高应力部位监测　点的计算方法得到考虑海况信息的监测点。　３．３权函数的计算　船体结构应力响应函数是在不同的遭　遇频率下求得的，根据海浪谱可查得各周期　范围内波浪的出现概率。以全球海况＿ｌ卅为　例，根据各周期范围内的波浪出现概率，利　用矩形法求得概率密度曲线上各点的数值，　如图２中矩形点。对概率密度进行拟合，得　到概率密度函数为　厂（　）＝ｙ０　ｅｘｐ｛一０．５ｆ（　）／ｗ］　｝（１０）　式中各参数拟合值为：Ｙ　＝０．０００　７３，戈　＝　ｒ（ｓ）　图２全球海况周期概率密度函数　８．６８７　９３，ｗ＝１．５９０　４７，Ａ＝０．２４７　９３。函数曲　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ＣＨＩＶｅ　ｏｆ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｄｅｎｓｉｔｙ－ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｇｌｏｂａｌ　ｓｅａ　ｓｔａｔｅｓ　线如图２中实线。　曲线拟合存在误差是不可避免，因此由（１０）式确定的概率密度函数积分值不为１，故需对此函数　进行修正。设修正系数为Ｃ，则有修正后概率密度函数为　厂（　）＝ｃ｛ｙ０＋Ａｅｘｐ｛一０．５【（　～　）／ｗ　ｒ｝｝　式中修正系数ｃ＝１．０１１　７。　（１１）　将船舶的遭遇频率转化为周期，利用（１１）式即可求得该海况的出现概率，再结合船舶装载工况的　时间分配系数，通过（８）式，即可求得相应的权函数。　第４期　贾连徽等：船体结构应力监测点的选取方法研究　３９３　４传感器布置方法　通过上述方法即可得到船体结构中对外载荷反应最敏感的部位，即结构监测的布点位置。以下通　过对这些敏感部位应力成分的进一步分析来确定传感器的布置方法。　对只受拉压应力作用的杆结构，由虎克定律　可知杆内应力为　＝Ｅ　（１２）　式中：Ｅ为材料弹性模量，　为应变。而对于一个平面应力状态的结构，通过直角应变花可测得其主应　力为　＝矗　±　（１３）　式中：　为泊松比，　。。、占　。和　。。为三个方向的应变，传感器布置方式如图３　所示。　对于一个监测点来说，若只受单向拉压应力作用，则可沿受力方向布　置一个应变传感器即可，若监测点受力复杂，则需布置三向应变传感器。　利用上文提到的有限元分析方法，可以进一步得到各监测点在不同工　图３直角应变花示意图　况下的受力状态。在选出的监测点部位处建立局部坐标系，使得每一局部Ｆｉｇ．３　Ｒｉｇｈｔ　ａｎｇｌｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｌｆｏｗｅｒ　坐标的ｘｏｙ平面在测点所在的结构平面内，对于纵向、横向和垂向构件上的监测点，其　方向分别沿船　长方向、船宽方向和垂直方向。　设　与　分别为两个垂直方向的应力，则当Ｊ　ｏ－ｘ『ｍ＝／ｆ　Ｊ一＞１０或Ｉ　ｆ一／Ｊ　ｌ，，＜１／１０时，认为该监　测点处两个垂直方向上的受力不在同一量级，可近似看作单向拉压受力状态；当１／１０￣＜ｆ　Ｉ　／ｌ　『　。　≤１０时，认为该监测点可能出现受力复杂的状态，需要布置三向应变传感器。　５算例　本文应用上述方法对一条补给船进行了结构应力监测点的选取。　该船总长２４１　ｍ，型宽３２　ｍ，型深１７．５　ｍ，满载设　计吃水１０．８　ｍ，有限元模型如图４所示。应力响应计　算时，波浪载荷与全船惯性力采用三维线性势流理论　计算，船舶装载工况选取满载出港状态，计算波高取　单位波幅，频率范围按每０．１　ｒａｄ／ｓ递增从０．１　ｒａｄ］ｓ至　２．０　ｒａｄ］ｓ，共计２０个频率，浪向范围按每３Ｏ。递增从　０。至３３０。，共计１２个浪向。则总的计算工况个数Ａ：　ｌｘ２０ｘ１２＝２４０个。　图４全船有限元模型　Ｆｉｇ．４　Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｈｉｐ　以主甲板为例进行说明，主甲板单元共计１３　７６２个，将各工况单元应力按从大到小排序，提出前　２０个单元的坐标。表２中列出了　＝１．０，／３＝ｏ。时各单元的坐标信息。按照３．１节中所述方法，选取距离　取船宽的八分之一，即Ｄ＝４　ｍ，经一次筛选计算后得到该工况下应力集中部位最大应力单元ＩＤ号为：　１１６１００３２　１１６６５３４３　１６７２２　４８８３１、６４９６８、２５６、１１６６５３５６、１１６１００４５和８４９８３　将２４０个工况均按上述步骤进行筛选，再将选出的单元进行第二次筛选计算，并记录此次筛选过　程中各单元的出现次数，按这一出现次数进行优先级排序，当有两个单元的出现次数相同时，按各单　元的最大应力大小排序，筛选结果见表３。　通过对筛选结果的观察发现，所选取的监测点均位于甲板开口角隅及其附近位置，且与迎浪状态　下选取结果一致。　３９４　船舶力学　表２按应力排序的单元坐标信息　Ｔａｂ．２　Ｕｎｉｔ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ｓｔｒｅｓｓ　第ｌ７卷第４期　表３根据高应力部位选取的监测点　Ｔａｂ．３　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｓｓ　以上方法是根据高应力部位选择监测点，在没有确定船舶航行的海域或没有海况资料时，通过上　述方法可以确定船体结构中最适合进行应力监测的部位。　上述算例中的实船的航行海域为全球海域，根据应力响应函数计算所选取的频率，将其转化为相　应的周期代人（１１）式得到各计算工况的出现概率，见表４。　表４船舶遭遇不同周期波浪的出现概率　Ｔａｂ．４　Ｔｈｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐｅｒｉｏｄｓ　频率（ｒａｄ／ｓ）　０．１　０．２　０．３　周期（Ｓ）　６２．８０　３１．４０　２０．９３　出现概率　０．０００　１２　０．０００　１２　０．０００　１２　频率（ｒａｄ／ｓ）　Ｉ．１　１．２　１．３　周期（Ｓ）　５．７１　５．２３　４．８３　出现概率　０．００７　０７　Ｏ．００３　９ｌ　０．ｏｏ２　２４　第４期　贾连徽等：船体结构应力监测点的选取方法研究　３９５　续表４　频率（ｒａｄ／ｓ）　周期（Ｓ）　出现概率　频率（ｒａｄ／ｓ）　周期（Ｓ）　出现概率　０．４　１５．７０　０．０００　１２　１．４　４．４９　０．００１　３４　０．５　１２．５６　０．００２　１９　１．５　４．１９　０．０００　８５　０．６　１０．４７　０．Ｏ２ｌ　５９　１．６　３．９３　Ｏ．Ｏ０ｏ　５７　Ｏ．７　８．９７　０．０３９　６２　１．７　３．６９　０．０００　４１　Ｏ．８　７．８５　０．０３５　０５　１．８　３．４９　０．０００　３１　０．９　６．９８　０．０２２　６３　１．９　３．３１　０．０００　２５　１．０　６．２８　０．０１２　８８　２．０　３．１４　０．０ｏｏ　２１　若只考虑船舶满载工况，即认为　＝１，则表４中的出现概率即为按（８）式求得的权函数大小。将此　权函数和上面求得的应力响应函数代人（９）式求出加权平均应力响应，并按此排序，再按前述筛选的　计算方法进行筛选，得到考虑海况信息选取的监测点，见表５　表５按加权平均应力排序的单元坐标信息　Ｔａｂ．５　Ｕｎｉｔ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｓｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ｗｅｉｇｈｔｅｄ　ｍｅａｎ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｓｔｒｅｓｓ　表６中列出了舷侧、底纵桁、横舱壁位置处两种方法选出的前三个监测点（舷侧部位仅选出两个），　比较表３、表５和表６可以看出，两种方法选出的监测点基本一致，且包含规范【ｌ句中提及的危险部位，　证明了方法的可行性，同时说明在没有海况信息时根据高应力部位选择监测点的方法也是较为可靠　的，表６中最后一列给出了仅由迎浪状态按考虑海况信息选取的监测点，可以看出其结果与各浪向加　权结果一致。　表６两种方法选出的监测点　Ｔａｂ．６　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｍｅｔｈｏｄｓ　注：上表中右下角表示，ＩＤ＝７０５６的单元位于９７肋位右舷距船中１．５　ｍ内底附近；ＩＤ＝５５６０９的单元位于９７肋位右　舷距船中６．０ｍ内底附近。　３９６　船舶力学　第１７卷第４期　表７中列出了部分监测点　方向和Ｙ方向最大应力及其比值，并给出了按前文所述方法确定的　该部位传感器的布置形式。其中单元ＩＤ号为１１６６５３５６、１６７２２的单元位于甲板舱口角隅，２５６号位于　甲板纵骨，从表中的布置形式可以看出舱口角隅处的受力较为复杂，需要布置三向传感器，而甲板纵　骨主要以拉压应力为主，可以布置沿其主要受力方向的单项传感器；舷侧、横舱壁以单项受力为主，底　纵桁受力则较为复杂。　表７监测点传感器布置形式　Ｔａｂ．７　Ｓｅｎｓｏｒ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ　６结　论　本文在求得船体结构应力响应的基础上，建立了根据高应力部位和考虑海况信息两种途径对船　体结构应力监测点进行选取的方法。根据高应力部位选择监测点的方法适用于船舶的航行区域不确　定时或缺乏海况资料的情况；当船舶的航行海区明确并具有完备的海况资料时，利用考虑海况信息进　行监测点选择的方法是更加合理的。　通过应用本文所述的方法对实船的算例分析得到如下结论：　（１）本文所述方法选出的监测点包含规范中涉及的由于易损而需进行结构加强的部位；　（２）根据高应力部位选取的监测点与考虑海况信息选取的监测点位置在优先级较高时基本一致；　（３）仅考虑迎浪状态选取的监测点与考虑各浪向选取的监测点在优先级较高时基本一致；　（４）船舶甲板舱口角隅和底纵桁是受力较为复杂的部位，需要布置三向传感器，而甲板纵骨、舷　侧和横舱壁结构受力相对简单，可以布置单向传感器。　参考文献：　［１］Ｎｉｅｌｓｅｎ　Ｕ　Ｄ，Ｊｅｎｓｅｎ　Ｊ　Ｊ，Ｐｅｄｅｒｓｅｎ　Ｐ　Ｔ，ｈｏ　Ｙｕｉｃｈｉ．Ｏｎｂｏａｒｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｄａｍａｇｅ　ｒａｔｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｈｕｌｌ　ｇｉｒｄｅｒ［Ｊ］．Ｍａ—　ｉｎｅ　Ｓｔｒｕｃｔｆｕｒｅｓ，２０１　１，２４：１８２－２０６．　【２］Ｏｋａｓｈａ　Ｎ　Ｍ，Ｆｒａｎｇｏｐｏｌ　Ｄ　Ｍ，Ｄｅｃｂ　Ａ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｎ　ｌｉｆｅ—ｃｙｃｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｈｉｐ　ｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ［Ｊ］．Ｍａｒｉｎｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１０，２３：３０３—３２１．　［３】Ｗａｎｇ　Ｇ，Ｐｒａｎ　Ｋ，Ｓａｇｖｏｌｄｅｎ　Ｇ，Ｈａｖｓｇａｒｄ　Ｇ　Ｂ，Ｊｅｎｓｅｎ　Ａ　Ｅ，Ｊｏｈｎｓｏｎ　Ｇ　Ａ，Ｖｏｈｒａ　Ｓ　Ｔ．Ｓｈｉｐ　ｈｕｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｂｒｅ　ｏｐｔｉｃ　ｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｓｍａｒｔ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ，２００１，１０：４７２—４７８．　［４４］张岚．基于ＦＢＧ技术的散货船结构监测传感器布置研究［Ｄ】．武汉：武汉理工大学，２００８．　Ｚｈａｎｇ　Ｌａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｕｌｋ　ｃａｒｒｉｅｒ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｉｒｎｇ　ｓｅｎｓｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＢＧ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｄ］．Ｗｕｈａｎ：　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８．　第４期　贾连徽等：船体结构应力监测点的选取方法研究　３９７　【５］侯超．船体强度状态监测技术研究［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００８．　Ｈｏｕ　Ｃｈａｏ．Ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｈｕｌｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｓｔａｔｅ［Ｄ］．Ｗｕｈａｎ：Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８．　［６】金永兴，胡　雄，施朝健．集装箱船舶结构状态监测与评估系统［Ｊ］．上海海事大学学报，２００８，２９（３）：１－４．　Ｊｉｎ　Ｙｏｎｇｘｉｎｇ，Ｈｕ　Ｘｉｏｎｇ，Ｓｈｉ　Ｃｈａｄｉａｎ．Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｎｔａｉｎｅｒ　ｖｅｓｓｅｌ　ｈｕｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８，２９（３）：１－４．　［７］胡雄，孙德建，金永兴，续秀忠．集装箱船舶结构状态的在线监测技术研究［Ｊ］．中国工程机械学报，２００９，７（４）：４５９－　４６２．　Ｈｕ　Ｘｉｏｎｇ，Ｓｕｎ　Ｄｅｊｉａｎ，Ｊｉｎ　Ｙｏｎｇｘｉｎｇ，Ｘｕ　Ｘｉｕｚｈｏｎｇ．Ｏｎｌｉｎｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔａｉｎｅｒ　ｓｈｉｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｃｈｉ—　ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，２００９，７（４）：４５９—４６２．　［８］王　为，林玉池，沈小燕，赵美蓉，宋　乐．基于自适应粒子群算法的光纤光栅传感器优化配置［Ｊ］．天津大学学报，　２０１０，４３（１　ｏ）：８９０－８９４．　Ｗａｎｇ　Ｗｅｉ，Ｌｉｎ　Ｙｕｃｈｉ，Ｓｈｅｎ　Ｘｉａｏｙａｎ，Ｚｈａｏ　Ｍｅｉｒｏｎｇ，Ｓｏｎｇ　Ｌｅ．Ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｗａｒｍ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｉｒｔｈｍ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１０，４３（１０）：８９０—８９４．　［９］梁文彬．基于光纤光栅的船舶结构健康监测技术研究【Ｄ】．天津：天津大学，２０１１．　Ｈａｎｇ　Ｗｅｎｂｉｎ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｓｈｉｐ　ｈｕｌｌ　ｓｔｕｒｃｔｕｒａｌ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｉｆｂｅｒ　ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇ［Ｄ］．Ｔｉａｎｊｉｎ：Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１　１．　【１Ｏ】张少雄，杨永谦．船体结构强度直接计算中惯性释放的应用［Ｊ］．中国舰船研究，２００６，１（１）：５８－６１．　Ｚｈａｎｇ　Ｓｈａｏｘｉｏｎｇ，Ｙａｎｇ　Ｙｏｎｇｑｉａｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｅｒｔｉａ　ｒｅｌｉｅｆ　ｉｎ　ｄｉｒｅｃｔ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｌａ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｆｏｒ　ｓｈｉｐｓ［Ｊ］．Ｃｈｉ—　ｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈｉｐ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００６，１（０１）：５８—６１．　［１１］杨代盛，桑国光，李维扬，戴仰山．船舶强度的概率方法［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，２００７．　［１２】中国船级社．船体结构疲劳强度指南【Ｍ】．北京：人民交通出版社，２００５．　【１３】戴仰山，沈进威，宋竞正．船舶波浪载荷［Ｍ】．北京：国防工业出版社，２００７．　【１４］ＩＡＣＳ　Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ　Ｎｏ．３４　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｗａｖｅ　Ｄａｔａ［Ｓ］．２０００．　［１５］欧贵宝，朱加铭．材料力学【Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，２００８．　［１６］中国船级社．钢质海船人级与建造规范［Ｍ】．２００６．