[发明专利]一种基于振动响应信息的螺栓连接结构松动状态识别方法

说明书

本发明公开了一种基于振动响应信息的螺栓连接结构松动状态识别方法，首先，通过振动试验台对螺栓连接结构施加随机激励，采集螺栓连接结构的振动响应信息；其次，基于双树复小波包变换方法对振动响应信息进行分解和单支重构，得到各尺度下的单支重构分量；再次，分别提取各单支重构分量的排列熵特征，构造排列熵特征向量；最后，构造最优间隔分布机，随机选取排列熵特征向量作为训练样本，并采用粒子群算法优选分布机的超参数，完成训练即建立基于最优间隔分布机的识别模型，将未知状态的排列熵特征向量输入最优间隔分布机，实现螺栓连接结构松动状态的智能识别。

技术领域

本发明涉及机械结构健康状态检测方法，具体涉及一种基于振动响应信息的螺栓连接结构松动状态识别方法。

背景技术

螺栓连接结构是一种常用的预紧连接结构，可以实现组件连接与载荷传递，具有刚性好、重量轻、结构简单、装拆方便、连接可靠等优点，被广泛应用于航空航天、武器装备、机械设备、土木工程等领域。在实际服役过程中，受环境温度、交变载荷、化学腐蚀等因素影响，螺栓连接会出现预紧力下降现象而发生松动。螺栓松动会改变结构的动力学特性，直接影响到整体系统的安全性和可靠性，甚至引发灾难性事故。因此，识别螺栓连接结构的松动状态，对于保障整体装备安全性和可靠性具有重要的工程意义。

目前识别螺栓松动状态的主要方法有压电阻抗法、声发射法、计算机视觉法、超声导波法、非线性动力学方法等，这些方法通常需要复杂昂贵的专用仪器，在实际工程现场中难以应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于振动响应信息的螺栓连接结构松动状态识别方法，以克服现有技术的缺点，本发明所提方法简单可靠、精度高、实时性强，便于在实际工程现场中应用。

为达到上述目的，本发明提出一种基于振动响应信息的螺栓连接结构松动状态识别方法，具体包含以下步骤：

(1)振动响应信息的获取

通过振动试验台对螺栓连接结构施加随机激励，待振动达到预设的功率谱密度后，采集螺栓连接结构的振动响应信息；

(2)基于双树复小波包变换的信号多分辨分析

基于双树复小波包变换方法对振动响应信息进行分解和单支重构，得到各尺度下的单支重构分量，具体步骤为：

首先，选择双树复小波包滤波器组，第一层采用(13,19)阶近似对称的双正交滤波器组，其余各层滤波器组均采用N.Kingsbury提出的Q-shift14滤波器组；

然后，基于公知的双树复小波包变换方法，采用所述滤波器组对振动响应信息x(t)进行J层双树复小波包分解；

最后，对2^J个子频带信号进行单支重构：假设振动响应信息采样频率为f_s，则得到的2^J个单支重构分量为{s_j,j＝1,2,…,2^J}，各分量对应的频率范围为[(j-1)f_s/2^J+1,jf_s/2^J+1]，由此实现了耦合多分量信号的分离。

(3)排列熵特征向量的构造

分别提取各单支重构分量的排列熵特征，构造排列熵特征向量，具体步骤为：首先，基于公知的排列熵提取方法，依次提取各单支重构分量{s_j}的排列熵特征：

式中，PE表示排列熵提取函数，d是嵌入维数，τ是延迟时间；