[发明专利]一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法

摘要

本发明属于连接件结合面压力检测技术领域，提供了一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法，将结合面面压转化为FBG传感器的应变：基于埋入式FBG传感器的应变传递理论确定FBG传感器埋设槽尺寸及位置；基于单螺栓连接结合面压力分布理论确定结合面测点位置的压力，实时对应应变及压力值完成标定，实现结合面面压的精准检测。根据上述方法确定FBG传感器埋设槽的尺寸及位置，可以保证应变信息的可靠、准确性；综合结合面压力的确定，能够得到准确的应变‑结合面压力曲线，为研究螺栓连接结合面压力提供了一种实用可行的方法。

主权项

1.一种基于FBG传感器的螺栓紧固结合面面压检测方法，将螺栓紧固结合面面压转化为FBG传感器的应变：基于埋入式FBG传感器的应变传递理论确定FBG传感器埋设槽尺寸及位置；基于单螺栓连接结合面压力分布理论确定结合面测点位置的压力，实时对应应变及压力值完成标定，实现结合面面压的精准检测，其特征在于，具体设计方法如下：(1)FBG传感器埋设槽尺寸的确定根据FBG传感器的平均应变传递率，再结合实际光纤封装工艺及加工工艺，最终确定FBG传感器埋设槽尺寸；FBG传感器的平均应变传递率为：其中：D是埋设槽宽度，H是埋设槽高度，H＝D；Gc是胶体剪切模量；rg是裸光纤半径；Eg是光纤弹性模量；rm‑rg是光纤与基体之间胶体厚度；L是FBG传感器粘贴长度的一半；当FBG传感器的粘贴长度一定时，参数k的影响因素即确定FBG传感器的平均应变传递率，以接近1为目标确定参数，以实际加工精度和光纤封装工艺为前提，即确定FBG传感器埋设槽尺寸；(2)FBG传感器埋设槽位置的确定以FBG传感器的临界粘贴长度和单螺栓连接固结合面压力分布理论确定FBG传感器的埋设槽位置，所选位置开设的FBG传感器埋设槽长度必须达到FBG传感器的临界粘贴长度；根据单螺栓连接结合面压力分布理论，结合面上沿被连接件径向压力满足四次曲线分布，FBG传感器埋设槽处结合面压力被破坏，但为保证四次曲线分布信息的完整，结合FBG传感器的临界粘贴长度和单螺栓连接固结合面压力分布理论限制FBG传感器埋设槽的位置；FBG传感器的临界粘贴长度CAL为：CAL＝lc＝9.24/k    (3)根据公式(3)，计算出FBG传感器的临界粘贴长度，结合单螺栓连接结合面压力分布理论的要求，确定FBG传感器埋设槽位置；根据确定的FBG传感器埋设槽尺寸及位置，封装好FBG传感器即测得螺栓紧固结合面处的应变值；(3)FBG传感器测点位置结合面接触压力的确定基于单螺栓连接结合面压力分布理论，结合面接触压力沿径向满足四次曲线分布，如下式：pn(r)＝c4r4+c3r3+c2r2+c1r+c0    (4)式中：ci，i＝0,1,...,4为未知参数；r为所在半径上任意点到螺栓中心的距离。