[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

说明书

本发明公开了一种基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测方法及系统，其中，方法包括：对试件的三维模型进行仿真模态分析，确定螺栓结合部局部的激振器和传感器布点位置；根据确定的激振器和传感器布点位置布置激振器和传感器，根据三维模型进行仿真模态分析结果确定激振器的激振参数；保持激振参数不变，对同一类的试件进行预实验，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，得到高次谐波比例系数，查询关系数据库，确定待测试件的螺栓预紧力，并根据待测试件的螺栓预紧力判定待测试件的螺栓结合部是否存在松动。该方法具有适用性广、使用灵活方便、灵敏度高等优点且无损检测，适用于实际生产。

技术领域

本发明涉及机械状态检测及维护技术领域，尤其涉及一种基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测方法及系统。

背景技术

螺栓连接由于具有可以承受较大载荷并且可重复装配拆卸的优点，被广泛应用于各种机械结构中，如航天器、机床、钢架桥等工程结构的主体受力部分均包含螺栓结合部。对于一个承担重要载荷的螺栓结合部，其预紧力有严格的要求，因为预紧力很大程度上决定了螺栓连接的可靠性、承载能力、连接刚度，并且对于结构动力学特性有重要影响。然而在实际应用中，由于受到长期的疲劳、冲击、振动等各种载荷的作用，连接螺栓的预紧力会发生松动，低于初始设计值，轻则造成设备故障性能降低，重则可能演变为结构的破坏从而带来危险和巨大经济损失。因此需要发展一种无损检测方法，能够检测结构中螺栓结合部是否发生松动。

相关技术中，螺栓松动检测方法主要包括视觉图像法、压电传感器法和动力学方法：视觉图像法主要是在螺栓预紧后添加防松标记，通过观察加图像处理的方式确定防松标记的位置是否发生改变，来判断螺栓是否出现松动，但该方法不能检测出螺栓头未发生转动而预紧力降低的情况。压电传感器法主要是通过在螺栓头位置布置压力传感器，根据螺栓松动前后预紧力的改变带来的压电信号的改变来检测螺栓是否发生松动，该方法的优点是灵敏度高、结构简单。但是实际结构通常螺栓数目很多，其需要在每个螺栓处布置传感器，因此具有成本高、可维护性差的缺点。动力学方法主要是根据螺栓预紧力改变对于结构动力学特性的影响来检测螺栓松动。常见的方法主要有打音法。打音法是通过人工敲打金属连接部位，利用振动发声的原理，从声音上判断螺栓是否发生松动。打音法是现场常用的方法，对有经验的工人来说检测精度较高，但是对工人经验要求比较高，并且人力成本要求高。

相关文献公开了一种螺栓预紧力检测方法及装置，其采用的是获取敲击产生振动信号，选取信号频谱的N个波峰幅值和对应频率，与信号样本数据库进行对比来检测螺栓预紧力。这也是一种动力学检测方法，但是由于不同结构的敲击波峰幅值和对应频率不一样，因此在检测之前需要对待测结构建立完整信号特征数据库，成本较高。并且在实际试验中发现，螺栓松动过程中，可能带来明显的非线性现象，导致敲击力大小对于测量的振动信号特征有较大影响，而敲击力大小无法准确控制，因此引入较大的测量误差，降低了检测精度。总之，现有的螺栓松动检测方法具有成本较高，检测精度较差等问题，需要探索新的低成本、高精度的螺栓松动检测方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一方面目的在于提出一种适用性广、使用灵活方便、灵敏度高的基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测方法。

本发明另一方面目的在于提出基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测系统。

本发明的实现原理为，当螺栓结合部发生松动时，结合面预紧力下降将导致结合部呈现较强的非线性动力学现象，并且随着松动加剧，非线性特性增强，能量从基频向高次谐波分散，导致高次谐波幅值比例增加。因此利用激振得到的振动信号中高次谐波幅值比例这一非线性激振特征可以用来检测螺栓结合部的松动情况。