[發明專利]一種基于機電阻抗的法蘭螺栓松動檢測方法

有效

• 申請號: 202010344135.5
• 申請日: 2020-04-27
• 公開（公告）號: CN111413083B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 孫清超;王琳濤;丁杰城;袁博;王新煦
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01R27/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種基于機電阻抗的法蘭螺栓松動檢測方法，包括如下步驟：貼片與連接、尋找檢測頻段、對損傷狀態標定、獲取實際損傷曲線、數據分析。本發明利用螺栓松動會引起結構連接剛度下降，而機電阻抗值受該區域的結構剛度影響，因此通過監測壓電片阻抗值的變化來識別螺栓的松動狀態。為法蘭結構的檢修工作提供了一種新型的螺栓松動檢測方法。

技術領域

本發明涉及一種無損檢測方法，尤其是一種基于機電阻抗的法蘭緊固螺栓松動的無損檢測方法。

背景技術

螺栓連接具有連接可靠、可反復使用等特點，因此被廣泛應用于各種機械結構的連接中，尤其以法蘭連接為主。然而在螺栓的使用過程中，會受到橫向振動、溫度變化等環境因素的影響，從而引起螺栓松動，這樣不僅會使連接結構失效，更嚴重的可能造成安全事故。因此，這一研究領域收到了許多學者的關注。

目前，針對螺栓松動的檢測技術主要有以下幾種：(1)基于振動信號的測量方法；(2)基于視覺的測量方法；(3)基于機電阻抗的測量方法。其中振動信號通過激勵被測件，并提取響應信號進行分析，獲取系統模態對松動狀態進行識別，是目前較為常見的檢測方法。但是對于復雜結構或連接剛度較大的結構來說，整體的模態特性對螺栓松動并不敏感，因此無法準確識別到螺栓的松動?；谝曈X的檢測方法通過識別螺栓頭部轉角來實現檢測，然而螺栓松動早期的表現形式是微觀滑移，并沒有明顯的頭部旋轉，因此這一方法只適用于宏觀檢測。機電阻抗法主要是基于機電耦合效應，由于螺栓松動會引起結構連接剛度下降，因此通過檢測結構的機電阻抗即可實現對螺栓的松動狀態識別，而且機電阻抗法的激勵頻率非常高，可以達到500kHz以上，對微小的損傷十分敏感。

雖然目前已有了基于機電阻抗的螺栓松動檢測方法，但是具有十分明顯的局限性，比如需要將壓電陶瓷片貼在每顆螺栓上，這樣的監測方法十分費時費力，因此需要發展一種新型法蘭螺栓松動檢測方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有檢測方法的局限性，提出一種新型的法蘭緊固螺栓松動檢測方法。

本發明的技術方案：

一種基于機電阻抗的法蘭螺栓松動檢測方法，包括如下步驟：

步驟1、在待檢測試件正面均勻安裝壓電陶瓷片，壓電陶瓷片膠接安裝在每兩顆螺栓中間位置的法蘭表面；并將待檢測試件平穩放置在平坦面上；選取待檢測試件上的一個壓電陶瓷片作為標定壓電陶瓷片，連接阻抗分析儀至該壓電陶瓷片；

步驟2、尋找待檢測試件的合適檢測頻段

(1)定義標定壓電陶瓷片旁的兩顆螺栓為近場螺栓，將兩顆近場螺栓擰至預期預緊力，其余螺栓仍保持松開狀態；

(2)定義分布在兩顆近場螺栓左右兩側的螺栓為該標定壓電陶瓷片對應的遠場螺栓，將兩顆遠場螺栓分工況擰緊，共分為5種工況，工況1是遠場螺栓完全松開；工況2是遠場螺栓擰至預期預緊力的四分之一；工況3是遠場螺栓擰至預期預緊力的二分之一；工況4是遠場螺栓擰至預期預緊力的四分之三；工況5是遠場螺栓擰至預期預緊力；每次擰緊后，對標定壓電陶瓷片從低到高選擇頻段進行掃頻，選擇的頻段應分布均勻，并且至少包含一個明顯阻抗峰值，頻率最高至5MHz，最后將掃描結果保存；

(3)將掃描結果進行處理，實現從低到高對比各個頻段下不同工況的阻抗曲線，直到發現某一頻段下遠場螺栓的松動狀態對標定壓電陶瓷片的阻抗曲線無任何影響，認為在這一頻段下壓電陶瓷片對待檢測試件的監測范圍只包括近場螺栓，因此在該頻段下進行法蘭螺栓松動的檢測，并將該阻抗曲線保存，標記為健康狀態；

步驟3、標定