[发明专利]一种基于多尺度动力学分离的连接结构松动诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于多尺度动力学分离的连接结构松动诊断方法，属于连接结构故障诊断技术领域。该方法针对应用的连接梁结构，将连接梁通过橡胶绳悬挂，用以模拟自由状态；在连接梁一端用蜡粘接加速度计，加速度计与数据采集装置连接到计算机，另一端固定位置，采用力锤激励方式；只需测量结构在脉冲动态激励下的结构响应，并对响应信号进行分析和建模，并结合参考数据库即可诊断连接的松动状态。该连接结构松动诊断方法具有精准度高，计算量少，成本低的特点。应用到工程中为结构的使用和维护工作提供方便，降低维护费用，预报灾难性事件的发生，将损失降低至最小。

主权项

一种基于多尺度动力学分离的连接结构松动诊断方法，其特征在于包括以下步骤:步骤1.离线建立参考数据库a.针对连接结构，在待测螺栓连接部位两侧，一端用蜡粘接加速度计，另一端标记固定位置作为力锤敲击点，加速度计与力锤通过数据采集装置连接到计算机；b.采用数显力矩扳手将待测螺栓拧紧到螺栓的额定预紧力矩；c.运行采集程序:程序在力锤敲击时开始采集，采样频率根据结构特性选取，在连接结构标记的固定位置敲击力锤，观察力锤敲击信号，在保证敲击信号是个短波信号的前提下，提取加速度计的响应；d.采用经验模式分解方法对加速度动响应进行分解，提取出高频部分的n阶本征模态函数；e.利用希尔伯特变换、小波变换方法对IMF处理，提取出IMF的瞬时幅值、相位、角频率信息，并建立多尺度分离的本征模态振子模型，模型动力学方程如下式:x··(t)+2ξωx·(t)+ω2x(t)=F(t)---(1)]]>对IMF采用小波变换，获取其频率，得到参数ω，参数F(t)由以下表达式获取:F(t)=Re{2[ddt(iωA(t)eiθ^)+iξω2A(t)eiθ^]eiωt}---(2)]]>其中A(t)表示IMF的瞬时幅值，表示IMF的瞬时角频率，通过希尔伯特变换得到下式:A(t)=c(t)2+H[c(t)]2,θ^=artan(H[c(t)]c(t))-ωt---(3)]]>参数ω和F(t)已知，动力学方程的解x(t)为阻尼系数ξ的函数，用原IMF函数c(t)与x(t)取最小均方误差，确定阻尼系数ξ,确定IMO模型中的参数，利用数值解法提取IMO模型响应，记为φr(r＝1、2……n)；f.通过扭矩扳手松动连接结构，均匀选择若干小于等于额定预紧力矩的螺栓预紧力矩，对每个螺栓预紧力矩重复步骤c、d、e；得到该预紧力矩对应的IMO模型响应，记为ψr；根据ψr与额定预紧力矩下的φr，计算其相关系数MAC矩阵，矩阵计算公式如下:MAC(r,s)=|φrTψs|2(φrTφr)(ψsTψs)---(4)]]>MAC为一个n×n的矩阵，以矩阵n个对角元素的和tr(MAC)作为特征参量；然后，根据实验数据确定若干个参考工况，并计算各工况特征参量的95％置信区间；建立由预紧力矩参考工况和特征参量置信区间组成的参考数据库；步骤2.连接结构松动检测在进行连接松动检测的时候，使用力锤敲击标记位置，获取加速度计响应，计算ψs(s＝1、2…n)与额定预紧力矩下的φr(r＝1、2…n)对比计算特征参量tr(MAC),将得到的特征参量与参考数据库比较，判断连接是否松动，诊断松动程度。