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大型浮吊臂架光纤光栅实时监测系统研究

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第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外大型浮吊臂架结构监测的研究现状

1.2.1国外大型浮吊臂架结构监测的发展动态

1.2.1国内大型浮吊臂架结构监测的发展动态

1.3大型浮吊臂架结构监测的传感技术

1.3.1电阻应变片测量技术

1.3.2光纤光栅传感器测量法

1.3.3光纤传感器的优点

1.4专家诊断技术

1.5本文的技术路线及研究内容

第2章大型浮吊臂架金属结构、疲劳、荷载及其失效性研究

2.1大型浮吊臂架金属结构

2.2大型浮吊臂架荷载分析

2.3大型浮吊臂架金属结构疲劳问题研究

2.4大型浮吊臂架金属结构失效原因

2.4.1大型浮吊臂架金属结构状态

2.4.2大型浮吊臂架金属结构的失效现象

2.4.3大型浮吊臂架金属结构的失效原因

2.4.4大型浮吊臂架金属结构检测

2.5本章小结

第3章大型浮吊臂架监测系统动态应变检测研究

3.1大型浮吊臂光纤光栅动应变传感器的研制

3.1.1基于粘贴式的满足金属材料测量的应变传感器的研制

3.1.2粘贴式专用光纤光栅应变传感器的性能试验

3.2大型浮吊臂架结构光纤光栅应变传感监测系统的设计

3.2.1大型浮吊臂架结构应变光纤光栅传感动态长期监测系统原理

3.2.2大型浮吊臂架结构应变光纤光栅实时在线监测系统的设计

3.3大型浮吊臂架结构的受力分析和布点方案

3.3.1大型浮吊臂架结构光纤光栅传感器布点方案

3.3.2各测点对应处的光纤光栅的波长的确定及分布

3.4专用光纤光栅传感器的布设、安装和保护的工艺

3.4.1光纤光栅应变传感器的固定和保护方案

3.4.2安全监测系统的走线布设方案

3.5本章小结

第4章海洋复杂环境下大型浮吊光纤光栅(FBG)温度补偿方法研究

4.1光纤光栅(FBG)温度补偿的基本原理

4.2大型浮吊臂架实时监测光纤光栅温度补偿实验分析

4.3.1采用悬臂双贴片式补偿方法

4.3.2采用十字交叉式补偿方法

4.3.3采用滤波方式解决问题

4.3.4滤波模块程序实现

4.3.5滤波后测试情况及分析

4.3.6本章小结

第5章大型浮吊臂架光纤光栅实时监测系统集成

5.1大型浮吊臂架光纤光栅实时监测系统集成

5.1.1实时监测系统软件平台介绍

5.1.2系统结构图

5.1.3各子系统功能介绍

5.2大型浮吊臂架光纤光栅实时监测系统的现场测试情况及分析

5.3本章小结

第6章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望与发展

致谢

参考文献

研究生期间参加的工程及发表的论文

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摘要

大型浮式起重机(简称浮吊)作为特殊工程船舶,在海洋石油开发、大型海上工程、沿海风电设备安装和海难救助等作业中得到广泛运用。但由于大型浮吊海上施工工况复杂,气候环境恶劣,国内外起重船舶曾多次发生过结构安全故障和事故,严重危及生命安全和船舶安全,迫切需要建立一套实时起重结构安全监测系统,实时监测起吊过程、拖航等工况条件下船舶特别是臂架的状态,保障大型浮式起重机的安全运行,满足我国大型海上工程建设的需要。
   本论文在某大型浮吊光纤光栅实时监测项目的支持下,在导师的悉心指导下,针对金属臂架结构的特点、故障特征和现有监测系统的不足,从基础理论、基本实验、工程应用上研究了光纤光栅传感技术在大型浮式起重机的应用,探讨了用于大型浮式起重机臂架结构的光纤光栅传感器的制备技术、光纤光栅传感网络设计技术和系统集成技术;构建相关监测系统,并实现在大型浮式起重机的应用。
   一、对国内外大型船舶金属结构监测的研究现状与发展动态进行了回顾与总结,并针对现在监测方法的不足提出了基于光纤光栅传感器的监测策略。
   二、从大型浮吊臂架结构的金属特性出发,对大型浮吊臂架金属结构的材料、荷载、疲劳等方面的特性进行了系统的研究,总结了其失效的主要原因及状况特征,并针对这些状况特征,进行系统的检测理论研究,提出构建光纤光栅实时监测系统的策略。
   三、以光纤光栅动态应变检测技术为突破口,研发了光纤光栅动态应变传感器。以此为基础,针对大型浮吊臂架结构实时监测系统的实际情况,对硬件平台、软件平台进行分析,搭建出系统结构,完成系统功能实现。并在大型浮吊臂架结构上进行应用,取得良好的效果,显示出该系统广阔的应用前景和较好的社会经济效益。
   四、从大型浮吊臂架结构所处的环境出发,研究了大型浮吊臂架结构监测所面临的温度补偿难点,针对这些难点提出了不同的解决方法并进行实验论证,提出可行的补偿方法。

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