[發(fā)明專利]基于非線性激振特征的螺栓結(jié)合部松動(dòng)檢測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711402531.3
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN108195535B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙彤;郭俊杰;葉佩青;張輝
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01M7/00
• 分類號: G01M7/00
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 張潤

1.一種基于非線性激振特征的螺栓結(jié)合部松動(dòng)檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

對試件的三維模型進(jìn)行仿真模態(tài)分析，以確定螺栓結(jié)合部局部的激振器和傳感器布點(diǎn)位置，包括：建立試件的三維模型；通過有限元軟件對所述三維模型進(jìn)行仿真模態(tài)分析，以確定所述試件的低階模態(tài)頻率和模態(tài)振型；根據(jù)所述模態(tài)振型和螺栓結(jié)合部位置，選取模態(tài)振型中振動(dòng)幅度較大的位置布置所述傳感器和激振器，并使所述螺栓結(jié)合部在所述模態(tài)振型中傳遞動(dòng)態(tài)載荷；

根據(jù)確定的所述激振器和傳感器布點(diǎn)位置布置激振器和傳感器，并根據(jù)三維模型仿真模態(tài)分析結(jié)果確定激振器的激振參數(shù)，包括：根據(jù)有限元仿真軟件的模態(tài)分析結(jié)果，在選定模態(tài)的模態(tài)頻率附近進(jìn)行試激振，尋找實(shí)際結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)頻率，以確定所述激振器的激振參數(shù)，其中，所述激振參數(shù)包括激振頻率和激振幅值；

保持所述激振參數(shù)不變，對同一類的試件進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，以得到螺栓預(yù)緊力和高次諧波比例系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，生成關(guān)系數(shù)據(jù)庫；

對待測試件進(jìn)行試驗(yàn)，并采集振動(dòng)信號，并根據(jù)所述振動(dòng)信號分析所述待測試件的高次諧波比例系數(shù)，并根據(jù)所述待測試件的高次諧波比例系數(shù)查詢所述關(guān)系數(shù)據(jù)庫，確定所述待測試件的螺栓預(yù)緊力，并根據(jù)所述待測試件的螺栓預(yù)緊力判定所述待測試件的螺栓結(jié)合部是否存在松動(dòng)，包括：采集傳感器的振動(dòng)時(shí)域信號；將所述振動(dòng)時(shí)域信號進(jìn)行傅里葉變換，提取基頻以及每階的高次諧波的峰值；根據(jù)能量分布原則，計(jì)算高次諧波幅值平方占所有諧波幅值平方和的比例系數(shù)η；根據(jù)η以及閾值η₀，如果η <η₀，則判定螺栓未發(fā)生松動(dòng)；如果η > η₀，則判定螺栓存在松動(dòng)；其中，所述閾值η₀通過如下方式確定：

對同一類試件的螺栓結(jié)合部進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，通過定量改變試件的螺栓結(jié)合部的螺栓預(yù)緊力，測量試件的螺栓結(jié)合部對應(yīng)的高次諧波幅值平方占所有諧波幅值平方和的比例系數(shù)η，形成所述關(guān)系數(shù)據(jù)庫；根據(jù)預(yù)緊力和比例系數(shù)η的對應(yīng)關(guān)系，確定螺栓松動(dòng)對應(yīng)預(yù)緊力標(biāo)準(zhǔn)，并在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中通過曲線擬合和插值找到相應(yīng)的比例系數(shù)η，作為判斷螺栓是否松動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)值η₀。

2.一種基于非線性激振特征的螺栓結(jié)合部松動(dòng)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

分析模塊，用于對試件的三維模型進(jìn)行仿真模態(tài)分析，以確定螺栓結(jié)合部局部的激振器和傳感器布點(diǎn)位置，并根據(jù)確定的所述激振器和傳感器布點(diǎn)位置布置激振器和傳感器，并根據(jù)三維模型仿真模態(tài)分析結(jié)果確定激振器的激振參數(shù)，其中，所述分析模塊進(jìn)一步用于建立試件的三維模型；通過有限元軟件對所述三維模型進(jìn)行仿真模態(tài)分析，以確定所述試件的低階模態(tài)頻率和模態(tài)振型；根據(jù)所述模態(tài)振型和螺栓結(jié)合部位置，選取模態(tài)振型中振動(dòng)幅度較大的位置布置所述傳感器和激振器，并使所述螺栓結(jié)合部在所述模態(tài)振型中傳遞動(dòng)態(tài)載荷；

實(shí)驗(yàn)?zāi)K，用于保持所述激振參數(shù)不變，利用激振器、振動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和分析儀，對同一類的試件進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，以得到螺栓預(yù)緊力和高次諧波比例系數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，生成關(guān)系數(shù)據(jù)庫，其中，所述實(shí)驗(yàn)?zāi)K進(jìn)一步用于根據(jù)有限元仿真軟件的模態(tài)分析結(jié)果，在選定模態(tài)的模態(tài)頻率附近進(jìn)行試激振，尋找實(shí)際結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)頻率，以確定所述激振器的激振參數(shù)，其中，所述激振參數(shù)包括激振頻率和激振幅值；

松動(dòng)識(shí)別模塊，用于對待測試件進(jìn)行試驗(yàn)，并采集振動(dòng)信號，并根據(jù)所述振動(dòng)信號分析所述待測試件的高次諧波比例系數(shù)，并根據(jù)所述待測試件的高次諧波比例系數(shù)查詢所述關(guān)系數(shù)據(jù)庫，確定所述待測試件的螺栓預(yù)緊力，并根據(jù)所述待測試件的螺栓預(yù)緊力判定所述待測試件的螺栓結(jié)合部是否存在松動(dòng)，其中，松動(dòng)識(shí)別模塊進(jìn)一步用于采集傳感器的振動(dòng)時(shí)域信號；將所述振動(dòng)時(shí)域信號進(jìn)行傅里葉變換，提取基頻以及每階的高次諧波的峰值；根據(jù)能量分布原則，計(jì)算高次諧波幅值平方占所有諧波幅值平方和的比例系數(shù)η；根據(jù)η以及閾值η₀，如果η <η₀，則判定螺栓未發(fā)生松動(dòng)；如果η > η₀，則判定螺栓存在松動(dòng)；其中，所述閾值η₀通過如下方式確定：

對同一類試件的螺栓結(jié)合部進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，通過定量改變試件的螺栓結(jié)合部的螺栓預(yù)緊力，測量試件的螺栓結(jié)合部對應(yīng)的高次諧波幅值平方占所有諧波幅值平方和的比例系數(shù)η，形成所述關(guān)系數(shù)據(jù)庫；根據(jù)預(yù)緊力和比例系數(shù)η的對應(yīng)關(guān)系，確定螺栓松動(dòng)對應(yīng)預(yù)緊力標(biāo)準(zhǔn)，并在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中通過曲線擬合和插值找到相應(yīng)的比例系數(shù)η，作為判斷螺栓是否松動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)值η₀。