[發明專利]基于蘭姆波陣列信號的多螺栓連接結構螺栓松動識別方法

在審

• 申請號: 202310223544.3
• 申請日: 2023-03-09
• 公開（公告）號: CN116539718A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 林京;童彤;高飛;華佳東;張晗;姬鼎丞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京航空航天大學寧波創新研究院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44;G01N29/07;G01N29/12
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

1.一種基于蘭姆波陣列信號的多螺栓連接結構螺栓松動識別方法，其特征在于：其包括以下步驟：

S1、安裝壓電片陣列并采集各路徑跨螺栓接頭傳播的蘭姆波信號；

S11、第一鋁板和第二鋁板通過螺栓搭接在一起，分別在螺栓搭接接頭兩側的第一鋁板和第二鋁板上粘貼壓電片；

S12、其中第一鋁板上的壓電片作為激勵，信號發生器輸出激勵信號s(t)，經信號放大器放大后依次施加于作為激勵的壓電片上；激勵信號s(t)選取中心頻率為f_c、漢寧窗調制的正弦信號：

s(t)＝m(t)sin(ω_ct)?????????(1)

其中，ω_c＝2πf_c，表示中心角頻率，t表示時間，m(t)表示漢寧窗；

S13、第二鋁板上的壓電片作為接收器，依次接收信號，并由示波器完成信號采集；

S2、基于瑞利-蘭姆方程得到鋁板中蘭姆波的頻散曲線，并進一步得到蘭姆波的群速度；

S3、構建蘭姆波跨螺栓接頭傳播模型，獲取S0波包理論直達時刻；

S31、構建蘭姆波跨螺栓接頭傳播模型；

當激勵端激發蘭姆波后，蘭姆波會先在第一鋁板內傳播至螺栓處，之后由螺栓處傳播至第二鋁板內，然后再由螺栓處傳播至接收端，因此建立蘭姆波跨螺栓接頭傳播模型為：

其中，r(t)為接收端采集到的接收信號；s(t)為激勵端施加的激勵信號；表示幅值譜，S(ω)為s(t)傅里葉變換的結果，M表示結構中螺栓的數量，N₁表示激勵端所在鋁板中蘭姆波的模態數量，N₂表示接收端所在鋁板中蘭姆波模態數量，k_x表示激勵端所在鋁板中第x個模態的波數，k_y表示接收端所在鋁板中第y個模態的波數，表示激勵端與第i個螺栓之間的距離，表示接收端與第i個螺栓之間的距離，j為虛數單位；

S32、獲取壓電片實測信號中直達S0波包理論到達時刻，即只考慮群速度最快的S0模態，將式(8)可簡化為：

其中，k_S0為S0模態的波數；

將式(1)代入式(9)，得到：

其中，c_gS0(ω_c)為S0模態在ω_c處的群速度，為相位偏移量，因為激勵信號為窄帶信號，因此幅值譜Aⁱ(ω,T)簡化為Aⁱ(T)，根據式(10)對于一個激勵-接收對，通過第i個螺栓的直達S0蘭姆波波包的理論到達時刻tⁱ為：

S4、分別計算每個螺栓的預緊力指標；

假定螺栓連接結構中有M個螺栓，N個激勵-接收對，針對第i個螺栓，其預緊力指標Qⁱ定義為：

其中，為第z對激勵-接收對采集到的信號中經第i個螺栓直達波包的理論達到時間，e^z(t)為第z對激勵-接收對采集到的信號的包絡；

S5、設定閾值，實現螺栓的狀態識別；

為所檢測的第i個螺栓設定檢測閾值Vⁱ，檢測閾值Vⁱ根據螺栓緊固完好情況下所測得的預緊力指標的百分比設定，當預緊指標Qⁱ小于Vⁱ時，則認為第i個螺栓出現了松動，通過比較所有螺栓的預緊力指標，獲取多螺栓連接結構中所有螺栓的松緊狀態，實現松動螺栓的定位與識別。

2.根據權利要求1所述的基于蘭姆波陣列信號的多螺栓連接結構螺栓松動識別方法，其特征在于：所述步驟S12中漢寧窗信號為2周期正弦信號，表達式為：

其中，ω_c＝2πf_c表示中心角頻率，f_c為激勵信號s(t)的中心頻率。