[发明专利]一种振动激励下螺栓预紧力的机电阻抗监测方法

说明书

本发明涉及一种振动激励下螺栓预紧力的机电阻抗监测方法，在待测螺栓一侧粘贴压电陶瓷PZT，螺栓与PZT片的主形变方向共线，将压电片的引出线连接在阻抗分析仪上；将激振器固定在待测结构下方，并依次与信号放大器、信号发生器相连接；设置阻抗分析仪的扫频范围；同时信号发生器发出固定频率的正弦脉冲信号作为激振器的输入信号，改变螺栓预紧力，使其由完全松动逐步变为完全拧紧状态，每次改变预紧力大小之后，打开信号放大器，使激振器激励待测结构，采集不同预紧力下的阻抗实部数据，将螺栓完全拧紧时的工况选为标准工况；在所得阻抗实部数据中选取敏感频段；计算不同预紧力下该敏感频段的松动指标RMSD；利用上述松动指标以及标准工况下阻抗实部，即可衡量螺栓松动程度。

技术领域

本发明属于结构健康监测领域，具体涉及一种基于机电阻抗的高灵敏度螺栓预紧力监测方法。

背景技术

螺栓连接结构在航天器中是普遍存在的，它使结构易于安装或拆卸并在组件连接传递载荷中起至关重要的作用，但在复杂载荷的作用下或长期服役后，螺栓连接的预紧力会下降甚至完全消失，这将严重影响航天器的安全性，因此监测螺栓连接处的预紧力至关重要。机电阻抗技术因反应灵敏、可靠性高而成为结构健康监测领域一种重要的识别方法。

目前机电阻抗法一般将压电陶瓷PZT固定在结构上，测量PZT与结构结合体的机械阻抗，通过计算损伤指标来判断结构缺陷和损伤程度。然而实验结果表明，该方法对于螺栓早期松动监测灵敏度不够(见文献：吴斌等.基于机电阻抗技术的管道法兰结构健康监测实验研究，实验力学,2010年10月，第25卷，第5期)，因此构建一种基于机电阻抗的高灵敏度螺栓预紧力监测方法，对于提高机电阻抗方法的适用性具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种振动激励下螺栓预紧力的机电阻抗监测方法，该方法解决了当前螺栓预紧力的机电阻抗检测方法灵敏度不够高的缺陷，实现了螺栓连接早期松动的监测。

技术方案

一种振动激励下螺栓预紧力的机电阻抗监测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在待测螺栓一侧粘贴压电陶瓷PZT，螺栓与PZT片的主形变方向共线，将压电片的引出线连接在阻抗分析仪上；

步骤2：将激振器固定在待测结构下方，并依次与信号放大器、信号发生器相连接；

步骤3：设置阻抗分析仪的扫频范围；同时信号发生器发出固定频率的正弦脉冲信号作为激振器的输入信号，改变螺栓预紧力，使其由完全松动逐步变为完全拧紧状态，每次改变预紧力大小之后，打开信号放大器，使激振器激励待测结构，采集不同预紧力下的阻抗实部数据，将螺栓完全拧紧时的工况选为标准工况；

步骤4：在步骤3所得阻抗实部数据中选取敏感频段，选取原则为不同预紧力下该频段阻抗实部峰值频率变化大于100HZ或峰值大小变化大于50；

步骤5：计算不同预紧力下该敏感频段的松动指标RMSD,该指标由下面的公式确定：

其中为螺栓完全拧紧时第i个频率点的阻抗实部，为螺栓松动后第i个频率点的阻抗实部；

步骤6：利用上述松动指标以及标准工况下阻抗实部，即可衡量螺栓松动程度。

所述的阻抗分析仪的扫频范围设置为30～500kHz。

所述的正弦脉冲信号的固定频率范围为200-1000Hz。

有益效果

本发明提出的一种振动激励下螺栓预紧力的机电阻抗监测方法，由于使用了激振器激励被测结构，使螺栓连接早期松动的机电阻抗监测方法敏感度大幅提高。

附图说明