[發明專利]一種基于模態參數表征的切向單螺栓松弛測量裝置和方法

有效

• 申請號: 201710665682.1
• 申請日: 2017-08-07
• 公開（公告）號: CN107402126B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 徐文祥;蔡力鋼;劉志峰;李迎;劉強;張明洋
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M7/02;G01N3/02;G01N3/08
• 代理公司: 11203 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種基于模態參數表征的切向單螺栓松弛測量裝置和方法，屬于機械制造及結構力學領域。所述測量裝置包括螺栓拉伸試驗機及切向試件、螺栓數據采集系統、LMS振動測試系統。所述方法是利用拉伸試驗機和切向件以及螺栓數據采集系統獲得螺栓松弛規律曲線，通過劃分螺栓松弛的各個特征階段，利用LMS振動測試系統測取不同松弛階段的模態參數，最終由模態參數來表征螺栓松弛特性。使用上述裝置及方法，改變不同振動頻率及加載載荷，獲取模態參數表征多種參數影響下的螺栓松弛特性。本發明涉及一種改進的切向連接試件，保證了螺栓連接特性及其松弛的測定，提高了螺栓松弛測定精度，同時提出了一種利用模態參數來表征切向單螺栓松弛的方法。

技術領域

本發明涉及一種基于模態參數表征的切向單螺栓松弛測量裝置和方法，屬于機械制造及結構力學領域。

背景技術

在實際工程中，利用緊固件如螺栓裝配各類結構元件的機械連接是最常用的連接形式之一。結構在沖擊、振動等力學環境下，螺栓連接往往會出現滑動、分離甚至松脫等現象，從而導致螺栓松弛。螺栓松弛是導致緊固件連接疲勞失效、破壞結構完整性的主要機制之一。模態參數是關于結構質量、阻尼以及剛度的函數。模態參數能夠表征結構件剛度、振動特性和阻尼特性等連接件緊固特性。國內外學者在結合面動靜態模態特性方面做了大量的研究，得出了基于結合面模態特性的測試方法，揭示了結合面模態特性的規律，但模態特性與螺栓松弛相結合的研究尚屬欠缺。對于螺栓連接件松弛狀態的監測，很難直接測量接觸面力的傳遞機及相對位移來實現。根據模態參數可以用來表征螺栓松弛過程中連接剛度、固有頻率以及阻尼的變化。因而通過改變施加載荷與加載振動頻率并測取模態參數的變化來探究基于模態參數表征的切向單螺栓松弛規律。

為了系統性地探究基于模態參數表征的切向螺栓松弛規律，需要結構簡單又能滿足要求的、測試精度較高的裝置和相應的研究方法。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對現有裝置中螺栓松弛過程模態參數變化無法測取以及松弛和振動位移之間關系不明確的問題。

為解決上述技術問題，本發明是設計了一套精度高、結構簡單又能滿足要求并且完整的考慮模態參數的切向單螺栓松弛測量裝置和方法。該裝置通過LMS振動測試系統來測取模態參數，結合拉伸試驗機和力學傳感器、位移傳感器采集的數據，改變加載振動頻率和加載載荷，綜合分析得出松弛規律。

本發明所采取的具體技術方案為：一種基于模態參數表征的切向單螺栓松弛測量裝置通過LMS振動測試系統來測取試件整體的模態參數,用拉伸試驗機夾持切向試件，并給其提供可變頻率以及施加載荷并加載循環力，隨著循環加載，獲得力學、位移隨時間變化數據，再將循環次數依次劃分，按照先測模態獲得模態參數再進行拉伸試驗，拉伸試驗完成后再進行模態參數測取分析的過程重復試驗，最終在模態參數、力學數據和位移數據綜合分析下得出精度高，較為準確利用模態參數來表征的切向單螺栓松弛規律。

為實現上述目標，本發明采用的技術方案為一種基于模態參數表征的切向單螺栓松弛測量裝置包括拉伸試驗機1、上連接件2、壓力傳感器3、螺桿4、下連接件5、螺母6、電渦流傳感器7，壓力傳感器3。LMS振動測試系統用來測試模態參數包括固有頻率、阻尼比以及模態振型。

切向裝置的上連接件2和下連接件5的兩端分別夾在拉伸實驗機1上，如圖2所示。利用疲勞拉伸試驗機加載循環載荷，通過改變加載振動頻率、控制加載循環次數，劃分螺栓松弛階段。