[发明专利]一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法

摘要

本发明提出一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法，采用MFC(Macro-Fiber Composite)宏纤维压电复合材料元件作为激励和传感器，定向激励结构并采集波动响应，建立螺栓预紧力矩参考比对数据库，从而能够基于参考数据库在线监测螺栓预紧力矩。利用本发明可以不用拆解结构就能快速监测螺栓的松紧状态，降低装配成本，提高效率；而且该方法操作简单，针对单螺栓扭矩值具有较高的定量化监测精度；另外，采用的宏纤维压电复合材料元件很薄(约0.2mm)，粘贴后不影响结构性能。

主权项

一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：离线建立参考数据库：步骤1.1：采用数显力矩扳手将待测螺栓在连接结构上手动拧紧，并记录力矩扳手数值；步骤1.2：在连接结构上胶粘两片宏纤维压电复合材料元件，分别作为激励器和传感器；其中两片宏纤维压电复合材料元件分别处于待测螺栓两侧，螺栓中心以及两个宏纤维压电复合材料元件的主形变方向共线；步骤1.3：作为激励器的宏纤维压电复合材料元件依次连接功率放大器和波形发生器；作为传感器的宏纤维压电复合材料元件依次数字示波器和计算机；步骤1.4：在波形发生器中存储3‑5周期经汉宁窗调制的正弦信号，正弦信号中心频率为100～300KHz；波形发生器将存储的正弦信号按照单脉冲形式输出，输出信号经功率放大器放大后施加给作为激励器的宏纤维压电复合材料元件电极两端，功率放大器放大后的信号脉冲峰峰值为80～100V；步骤1.5：监测作为传感器的宏纤维压电复合材料元件两端电极的电压信号，并对监测到的信号进行高通滤波，得到滤波后的响应信号；步骤1.6：计算滤波后的响应信号的均方根，并以均方根作为识别螺栓预紧扭矩的特征参量；步骤1.7：彻底松动螺栓，而后以步骤1.1中手动拧紧的力矩值开始，选择若干个大于手动拧紧力矩值的螺栓预紧力矩；对于每个螺栓预紧力矩值，重复步骤1.4‑步骤1.6，得到该螺栓预紧力矩值对应的特征参量；建立由预紧力矩和特征参量组成的参考数据库；步骤2：在线监测螺栓预紧力矩：波形发生器按照设定的时间间隔重复将存储的正弦信号以脉冲形式输出，而后监测作为传感器的宏纤维压电复合材料元件两端电极的电压信号，并对监测到的信号进行高通滤波，得到滤波后的响应信号；计算滤波后的响应信号的均方根；将得到的均方根与参考数据库比较，得到螺栓预紧力矩值。