[发明专利]基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测方法及系统

权利要求书

1.一种基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

对试件的三维模型进行仿真模态分析，以确定螺栓结合部局部的激振器和传感器布点位置，包括：建立试件的三维模型；通过有限元软件对所述三维模型进行仿真模态分析，以确定所述试件的低阶模态频率和模态振型；根据所述模态振型和螺栓结合部位置，选取模态振型中振动幅度较大的位置布置所述传感器和激振器，并使所述螺栓结合部在所述模态振型中传递动态载荷；

根据确定的所述激振器和传感器布点位置布置激振器和传感器，并根据三维模型仿真模态分析结果确定激振器的激振参数，包括：根据有限元仿真软件的模态分析结果，在选定模态的模态频率附近进行试激振，寻找实际结构的低阶模态频率，以确定所述激振器的激振参数，其中，所述激振参数包括激振频率和激振幅值；

保持所述激振参数不变，对同一类的试件进行预实验，以得到螺栓预紧力和高次谐波比例系数之间的对应关系，生成关系数据库；

对待测试件进行试验，并采集振动信号，并根据所述振动信号分析所述待测试件的高次谐波比例系数，并根据所述待测试件的高次谐波比例系数查询所述关系数据库，确定所述待测试件的螺栓预紧力，并根据所述待测试件的螺栓预紧力判定所述待测试件的螺栓结合部是否存在松动，包括：采集传感器的振动时域信号；将所述振动时域信号进行傅里叶变换，提取基频以及每阶的高次谐波的峰值；根据能量分布原则，计算高次谐波幅值平方占所有谐波幅值平方和的比例系数η；根据η以及阈值η₀，如果η <η₀，则判定螺栓未发生松动；如果η > η₀，则判定螺栓存在松动；其中，所述阈值η₀通过如下方式确定：

对同一类试件的螺栓结合部进行预实验，通过定量改变试件的螺栓结合部的螺栓预紧力，测量试件的螺栓结合部对应的高次谐波幅值平方占所有谐波幅值平方和的比例系数η，形成所述关系数据库；根据预紧力和比例系数η的对应关系，确定螺栓松动对应预紧力标准，并在关系数据库中通过曲线拟合和插值找到相应的比例系数η，作为判断螺栓是否松动的经验值η₀。

2.一种基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测系统，其特征在于，包括：

分析模块，用于对试件的三维模型进行仿真模态分析，以确定螺栓结合部局部的激振器和传感器布点位置，并根据确定的所述激振器和传感器布点位置布置激振器和传感器，并根据三维模型仿真模态分析结果确定激振器的激振参数，其中，所述分析模块进一步用于建立试件的三维模型；通过有限元软件对所述三维模型进行仿真模态分析，以确定所述试件的低阶模态频率和模态振型；根据所述模态振型和螺栓结合部位置，选取模态振型中振动幅度较大的位置布置所述传感器和激振器，并使所述螺栓结合部在所述模态振型中传递动态载荷；

实验模块，用于保持所述激振参数不变，利用激振器、振动传感器、数据采集设备和分析仪，对同一类的试件进行预实验，以得到螺栓预紧力和高次谐波比例系数之间的对应关系，生成关系数据库，其中，所述实验模块进一步用于根据有限元仿真软件的模态分析结果，在选定模态的模态频率附近进行试激振，寻找实际结构的低阶模态频率，以确定所述激振器的激振参数，其中，所述激振参数包括激振频率和激振幅值；

松动识别模块，用于对待测试件进行试验，并采集振动信号，并根据所述振动信号分析所述待测试件的高次谐波比例系数，并根据所述待测试件的高次谐波比例系数查询所述关系数据库，确定所述待测试件的螺栓预紧力，并根据所述待测试件的螺栓预紧力判定所述待测试件的螺栓结合部是否存在松动，其中，松动识别模块进一步用于采集传感器的振动时域信号；将所述振动时域信号进行傅里叶变换，提取基频以及每阶的高次谐波的峰值；根据能量分布原则，计算高次谐波幅值平方占所有谐波幅值平方和的比例系数η；根据η以及阈值η₀，如果η <η₀，则判定螺栓未发生松动；如果η > η₀，则判定螺栓存在松动；其中，所述阈值η₀通过如下方式确定：

对同一类试件的螺栓结合部进行预实验，通过定量改变试件的螺栓结合部的螺栓预紧力，测量试件的螺栓结合部对应的高次谐波幅值平方占所有谐波幅值平方和的比例系数η，形成所述关系数据库；根据预紧力和比例系数η的对应关系，确定螺栓松动对应预紧力标准，并在关系数据库中通过曲线拟合和插值找到相应的比例系数η，作为判断螺栓是否松动的经验值η₀。