船舶在海上航行过程中,受到长时间复杂交变载荷作用,会产生结构疲劳破坏。船舶结构损伤分析和安全状态评估对于保证船舶航行安全和人员生命财产安全至关重要。传统谱分析法常用于预测结构关键位置疲劳损伤,由于各船级社对于载荷类型和参数等不确定因素的规定存在较大差异,该方法在不同规范下的预测结果存在较大差异。同时,基于统计的方法无法实现对结构安全状态的实时评估。随着信号处理和传感器技术的发展,结构健康监测技术在船舶与海洋工程等领域开始应用。对于船舶结构,一般通过直接监测热点位置的应力响应来预报结构疲劳寿命。但是热点位置受到结构形式和建造工艺的影响,很多情况下难以直接对其应力状态进行监测。目前已有通过监测热点位置附近的应力响应外推得到热点应力状态的相关研究。由于船舶处于复杂海洋环境中,监测应力响应易受外界环境因素的影响,直接监测得到的应力响应并不能直接用于结构安全状态评估。因此,通过分析船舶关键位置附近区域的结构特征,制定合理准确的结构监测方案,研究监测响应特征及随机应力响应分析处理方法,及时准确获取船舶结构关键位置的实时应力状态,对于实现船舶结构损伤分析和安全状态评估具有重要意义。本文基于结构健康监测技术,研究了随机应力响应分析处理方法,分析并验证了规则波作用下船舶结构不同节点间的应力呈现椭圆关系,并基于该规律提出了一种船舶航行工况识别方法和船体局部结构边界应力预测方法,设计了船舶局部结构监测传感器布置方案。通过确定船舶航行的基本工况,计算了基本工况下各监测点以及结构节点间的应力关系椭圆,建立了用于工况识别和边界应力预测的船舶航行基本工况数据库。同时,通过数值模拟方法模拟了实际工况下船舶结构监测点的实测应力响应,运用所研究的随机应力响应分析处理方法、基于应力椭圆特征参数的工况识别方法和船体局部结构边界应力预测方法,实现了对某船舶在实际工况下的工况识别和局部模型边界应力预测。本文提出的船舶局部结构监测方法能较好地满足实船监测中需要实时获取热点位置应力状态的要求,采用的随机应力响应分析处理方法在降低外界环境引起的监测误差中达到了良好的处理效果。同时,通过对比有限元计算结果,验证了本文提出的基于规则波作用下结构节点间应力椭圆关系的工况识别方法和边界应力预测方法的可行性和准确性。该研究结果可以为基于健康监测的船舶结构安全状态实时评估提供参考。