[发明专利]一种基于模态参数表征的切向单螺栓松弛测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于模态参数表征的切向单螺栓松弛测量装置和方法，属于机械制造及结构力学领域。所述测量装置包括螺栓拉伸试验机及切向试件、螺栓数据采集系统、LMS振动测试系统。所述方法是利用拉伸试验机和切向件以及螺栓数据采集系统获得螺栓松弛规律曲线，通过划分螺栓松弛的各个特征阶段，利用LMS振动测试系统测取不同松弛阶段的模态参数，最终由模态参数来表征螺栓松弛特性。使用上述装置及方法，改变不同振动频率及加载载荷，获取模态参数表征多种参数影响下的螺栓松弛特性。本发明涉及一种改进的切向连接试件，保证了螺栓连接特性及其松弛的测定，提高了螺栓松弛测定精度，同时提出了一种利用模态参数来表征切向单螺栓松弛的方法。

技术领域

本发明涉及一种基于模态参数表征的切向单螺栓松弛测量装置和方法，属于机械制造及结构力学领域。

背景技术

在实际工程中，利用紧固件如螺栓装配各类结构元件的机械连接是最常用的连接形式之一。结构在冲击、振动等力学环境下，螺栓连接往往会出现滑动、分离甚至松脱等现象，从而导致螺栓松弛。螺栓松弛是导致紧固件连接疲劳失效、破坏结构完整性的主要机制之一。模态参数是关于结构质量、阻尼以及刚度的函数。模态参数能够表征结构件刚度、振动特性和阻尼特性等连接件紧固特性。国内外学者在结合面动静态模态特性方面做了大量的研究，得出了基于结合面模态特性的测试方法，揭示了结合面模态特性的规律，但模态特性与螺栓松弛相结合的研究尚属欠缺。对于螺栓连接件松弛状态的监测，很难直接测量接触面力的传递机及相对位移来实现。根据模态参数可以用来表征螺栓松弛过程中连接刚度、固有频率以及阻尼的变化。因而通过改变施加载荷与加载振动频率并测取模态参数的变化来探究基于模态参数表征的切向单螺栓松弛规律。

为了系统性地探究基于模态参数表征的切向螺栓松弛规律，需要结构简单又能满足要求的、测试精度较高的装置和相应的研究方法。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有装置中螺栓松弛过程模态参数变化无法测取以及松弛和振动位移之间关系不明确的问题。

为解决上述技术问题，本发明是设计了一套精度高、结构简单又能满足要求并且完整的考虑模态参数的切向单螺栓松弛测量装置和方法。该装置通过LMS振动测试系统来测取模态参数，结合拉伸试验机和力学传感器、位移传感器采集的数据，改变加载振动频率和加载载荷，综合分析得出松弛规律。

本发明所采取的具体技术方案为：一种基于模态参数表征的切向单螺栓松弛测量装置通过LMS振动测试系统来测取试件整体的模态参数,用拉伸试验机夹持切向试件，并给其提供可变频率以及施加载荷并加载循环力，随着循环加载，获得力学、位移随时间变化数据，再将循环次数依次划分，按照先测模态获得模态参数再进行拉伸试验，拉伸试验完成后再进行模态参数测取分析的过程重复试验，最终在模态参数、力学数据和位移数据综合分析下得出精度高，较为准确利用模态参数来表征的切向单螺栓松弛规律。

为实现上述目标，本发明采用的技术方案为一种基于模态参数表征的切向单螺栓松弛测量装置包括拉伸试验机1、上连接件2、压力传感器3、螺杆4、下连接件5、螺母6、电涡流传感器7，压力传感器3。LMS振动测试系统用来测试模态参数包括固有频率、阻尼比以及模态振型。

切向装置的上连接件2和下连接件5的两端分别夹在拉伸实验机1上，如图2所示。利用疲劳拉伸试验机加载循环载荷，通过改变加载振动频率、控制加载循环次数，划分螺栓松弛阶段。