[發(fā)明專利]一種螺栓預(yù)緊力檢測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910317178.1
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110044534A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張義政;楊玉娥;孔令劍;杜文豪;高祥;徐圣捷
• 申請（專利權(quán)）人: 濟(jì)南大學(xué)
• 主分類號: G01L5/24
• 分類號: G01L5/24;G06F17/50
• 代理公司: 濟(jì)南譽豐專利代理事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 37240
• 代理人: 李茜

本發(fā)明提供了一種螺栓預(yù)緊力檢測方法。該方法基于螺栓連接剛度理論，通過螺栓預(yù)緊力代理模型修正的方法，實現(xiàn)對螺栓預(yù)緊力的檢測。具體實施過程可分為三步，首先，基于被測結(jié)構(gòu)螺栓連接結(jié)構(gòu)實際特點，建立螺栓預(yù)緊力與螺栓結(jié)合面連接剛度模型；其次，基于連接剛度模型計算螺栓預(yù)緊力對模態(tài)參數(shù)的作用規(guī)律，并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立螺栓預(yù)緊力代理模型；最后，基于人工魚群優(yōu)化算法，修正螺栓預(yù)緊力代理模型，實現(xiàn)螺栓預(yù)緊力檢測。本發(fā)明基于螺栓預(yù)緊力對螺栓連接面剛度的影響作用規(guī)律，充分考慮到模態(tài)參數(shù)對連接剛度的敏感特性，基于連接剛度的變化實現(xiàn)對螺栓預(yù)緊力的檢測，具有從多個螺栓中對預(yù)緊力發(fā)生變化的螺栓進(jìn)行定位和定量評估預(yù)緊力變化程度的能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢測及維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螺栓連接預(yù)緊力檢測方法。

背景技術(shù)

螺栓連接是一種重要的機(jī)械連接的方式，具有易于拆卸、方便安裝等優(yōu)點，但是受工作環(huán)境溫度、振動等各類不可控因素的影響，在螺栓使用的過程中會發(fā)生螺栓的預(yù)緊力下降的情況，導(dǎo)致連接強度下降，如果這種預(yù)緊力的變化不能被及時的察覺，將會導(dǎo)致重大安全事故的發(fā)生，因此需要一種合理的方法來檢測螺栓預(yù)緊力狀況，保證螺栓連接安全可靠。現(xiàn)階段，針對螺栓預(yù)緊力的檢測方法主要有觀測法或?qū)γ總€螺栓都安裝力或位移傳感器，測量螺栓預(yù)緊力的變化，這些方法對螺栓數(shù)目較少的結(jié)構(gòu)有一定的作用，但對于動輒上成百上千的大型螺栓連接結(jié)構(gòu)存在檢測時間長、檢測成本高等缺點，因此需要一種全局的檢測方法，用于評估全部螺栓的預(yù)緊力狀態(tài)，保證螺栓連接結(jié)構(gòu)安全可靠。動力檢測是一種全局的損傷檢測方法，具有檢測整個結(jié)構(gòu)健康狀況的能力，近些年，一些基于結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的損傷檢測方法被逐漸提出，例如中國專利申請?zhí)枮椋?201010194235.0，發(fā)明名稱為：一種結(jié)構(gòu)損傷檢測系統(tǒng)、設(shè)備及結(jié)構(gòu)檢測方法；中國專利申請?zhí)枮椋?01610717721.3，發(fā)明名稱為：一種細(xì)長復(fù)合材料的檢測系統(tǒng)及檢測方法等，以上方法均為對結(jié)構(gòu)損傷的檢測方法，還未涉及到螺栓預(yù)緊力的檢測，分析其原因為螺栓預(yù)緊力對模態(tài)參數(shù)的影響機(jī)理尚不清晰，且螺栓預(yù)緊力動力學(xué)模型的建立較為困難，本發(fā)明從螺栓預(yù)緊力對螺栓結(jié)合面的連接剛度的影響規(guī)律出發(fā)，建立螺栓預(yù)緊力與螺栓結(jié)合面連接剛度模型，通過建立螺栓預(yù)緊力代理模型，并基于螺栓預(yù)緊力代理模型修正的方法，實現(xiàn)對螺栓預(yù)緊力的檢測是本發(fā)明的主要創(chuàng)新點。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于螺栓預(yù)緊力損傷檢測中存在的問題，受到基于動力特性的損傷檢測方法的啟發(fā)，本發(fā)明基于螺栓預(yù)緊力對螺栓連接面剛度的影響作用規(guī)律，將螺栓預(yù)緊力識別問題轉(zhuǎn)化為對螺栓結(jié)合面的連接剛度的識別問題，充分考慮到固有頻率參數(shù)對連接剛度的敏感特性，建立了螺栓預(yù)緊力與螺栓結(jié)合面連接剛度方程，通過修正螺栓預(yù)緊力代理模型的方法，實現(xiàn)對螺栓預(yù)緊力的檢測。

一種螺栓預(yù)緊力檢測方法，具體步驟包括：

第一步，基于被測結(jié)構(gòu)螺栓連接結(jié)構(gòu)實際特點，建立螺栓預(yù)緊力與螺栓結(jié)合面連接剛度模型；

第二步，基于連接剛度模型計算螺栓預(yù)緊力對固有頻率的作用規(guī)律，并基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立螺栓預(yù)緊力代理模型；

第三步，基于人工魚群優(yōu)化算法，修正螺栓預(yù)緊力代理模型，實現(xiàn)螺栓預(yù)緊力檢測。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述第一步的具有實施方式如下：

根據(jù)被測結(jié)構(gòu)材料特性和螺栓連接表面分形特性，建立螺栓預(yù)緊力與法向連接剛度作用方程K_t(F)和切向剛度作用方程K_n(F):

其中，K_t表示螺栓連接面法向連接剛度，K_n表示螺栓連接面切向連接剛度， a_t和b_t表示法向剛度指數(shù)方程擬合系數(shù)，a_n和b_n表示切向剛度指數(shù)方程擬合系數(shù)，F(xiàn)表示螺栓預(yù)緊力。