[发明专利]一种基于剪应变的船艏冰载荷测试系统及识别方法

说明书

本发明属于海冰测试技术领域，涉及到一种基于剪应变的船艏冰载荷测试系统及识别方法，适用于具有直线型船艏的极地船舶。测试系统中，阵列式电阻应变计与动态数据采集仪连接，动态数据采集仪与服务器连接，进行数据处理，结果通过显示屏显示。其中，阵列式电阻应变计采用双片式剪应变测量方法，由4行、10列应变测点组成。通过冰载荷测试装置对船艏在海冰作用下的应变特性进行测试，再通过冰载荷识别方法将应变信号转换为冰载荷数据。本发明结构简单，使用方便，能够实现船舶在冰区航行中对船艏冰载荷特性的高空间分辨率与高精度识别。

技术领域

本发明属于海冰测试技术领域，涉及到一种基于剪应变的船艏冰载荷测试系统，特别涉及到针对全尺寸船舶结构的冰激应变特性测试方法及相应的载荷识别方法。

背景技术

海冰是船舶在冰区航行中所面临的主要环境威胁，船舶航行时船体与海冰相互碰撞可对船舶形成较大的冰载荷。冰载荷可使船体发生变形甚至破坏，同时又可形成较大阻力影响船舶的动力性能。因此，对船舶结构所受冰载荷进行测试可有助于提高船舶在冰区航行中的安全性。

已公知的文献有：

“一种船体冰载荷精细测试数据的动态历程可视化方法CN201610967897.4”，该发明主要提供了船体冰载荷数据的可视化模型以及通过数据对水线进行识别。发明中所针对的触觉传感器仅适用于压力较小的模型试验，若安装于船体外侧则很容易发生破损，同时处决传感器面积通常低于1平方米也不适用于大尺度的实船测试。

“一种自适应极地浮式平台冰载荷防护装置CN201910768096.9”，该发明的应用对象为浮式平台，浮式平台与船舶的结构形式和所受冰载荷的区域明显不同，同时该发明仅提出了采用阵列传感器对冰载荷进行监测而并未说明传感器的工作原理和布局。

“孔帅,崔洪宇,季顺迎.船舶结构海冰载荷的实船测量及反演方法研究.振动与冲击,2020,39(20):8-16.”，该文献中所采用远场识别方法中识别区域距离水线较远，同时所采用的支持向量机方法基于数学回归模型而非物理模型，因此所测得结果的误差水平较高。

“一种极地船舶结构冰载荷的远场测量识别方法CN202010825587.3”，该文献中同样采用远场识别的方法而非水线处的近场识别方法，同时该方法中并未说明船艏应变信号的具体采集装置。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于剪应变的船艏冰载荷测试系统及识别方法。通过船艏冰载荷测试系统对船艏在海冰作用下的应变特性进行测试，再通过船艏冰载荷识别方法将应变信号转换为冰载荷数据。

本发明要解决的技术问题是：

针对实船与海冰相互作用时的较大作用力，很难通过传感器直接测量海冰对船体结构的作用力；即使采用传感器直接测量船体与海冰之间的作用力，也因传感器与船体结构的几何参数差异而影响测量精度；对于尺寸较大的实船测试，无法对整个船体结构进行测试；通过结构变形对载荷进行识别时，采用基于回归分析等数学模型的算法很难得到精度较高的结果；采用远场识别方法时，所测得的船体应变信号较弱且所识别的冰载荷精度也较低。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于剪应变的船艏冰载荷测试系统，所述系统仅适用于具有直线型船艏的极地船舶而并不适用于具有球鼻艏的船型。针对极地船舶所具有的直线型船艏形状，海冰与船艏相互作用区域位于船艏两侧水线处。测试系统包括阵列式电阻应变计1-2、服务器4-3、显示屏4-4、动态数据采集仪4-1和RCCV数据传输导线4-2，其中，阵列式电阻应变计1-2通过RCCV数据传输导线4-2与动态数据采集仪4-1连接，动态数据采集仪4-1与服务器4-3连接，进行数据处理，结果通过显示屏4-4显示。