基于压电时间反演法的螺栓松动检测研究

针对螺栓联接松动问题,研究了基于压电时间反演法的螺栓轴向力检测技术。采用压电材料分别作为激发器和传感器产生并接收超声波信号;利用时间反演技术的自适应聚焦效果及能有效提高信号信噪比的特性,将采集到的响应信号在时域上反演,作为激励信号再次发出,并采集二次激发后的聚焦信号,建立了聚焦信号幅值与螺栓预紧力的关系。实验结果显示,聚焦信号的幅值随着螺栓预紧力的增大而增大;当预紧力达到一定程度时聚焦信号会出现饱和现象;通过提高螺栓联接结构接触面粗糙度与接触面受力状态,能将饱和现象有效后移甚至消除,进而实现对整个螺栓额定载荷范围内螺栓预紧力的检测。基于压电时间反演法的螺栓松动检测技术在螺栓联接状态监测方面具有很好的应用前景。     

基于螺母外侧压电材料阻抗峰值频率变化的螺栓松动监测

对于地脚螺栓之类螺栓本体埋藏于结构中的螺栓联接装置,提出了一种将压电材料粘贴于螺母外侧面并通过测量压电阻抗峰值频率变化来反映螺栓联接状态的监测方法.结合有限元仿真,理论分析了该方法的基本原理.构建实验装置,实验以螺栓联接结构中螺母作为对象,采用万能材料拉伸试验机对螺栓联接结构进行加载,模拟螺母所受预紧力,并在不同预紧力下测量了粘贴在螺母侧面的压电材料的导纳信号,提取了其峰值频率,得到峰值频率随预紧力的变化规律.结果表明压电材料的导纳峰值频率随着螺栓预紧力增大而增大,且预紧力大小变化与频率变化成一定的线性关系,提出以峰值频率表征螺栓联接状态的方法,该方法具有较好的应用前景.     

基于压电阻抗技术的螺栓松动检测试验研究

针对工程结构中螺栓松动问题,采用万能试验机对螺栓联接结构进行加载模拟螺栓预紧力的变化,在不同螺栓预紧力作用下,测量螺栓联接结构上所安装的压电材料的阻抗变化,利用压电导纳实部均方根偏差(RMSD)对螺栓的松紧程度进行识别;分析损伤指标(RMSD)随预紧力变化的规律和压电材料安装位置及联接结构接触面粗糙度对损伤指标的影响。试验结果表明:在不同频率段和不同预紧力的作用下,随着预紧力的增大,损伤指标呈减小的趋势;压电材料的安装位置和接触面粗糙度对损伤指标测量结果均有一定的影响;损伤指标可以较准确地识别螺栓预紧力的变化。     

基于光纤光栅螺栓松转角测量的螺栓联接状态监测方法

针对大型结构中螺栓联接件用量多、分布跨度大、松动难以监测的问题,提出一种基于光纤光栅传感的螺栓松动监测方法,利用光纤光栅传感器监测螺栓松动过程中松转角的变化,进而实现对螺栓联接状态的监测。设计了一种适用于分布式多螺栓的级联式FBG螺栓联接状态监测传感器装置,采用光纤接头实现分布式多螺栓联接。通过理论计算分析,得到波长偏移与松转角的理论关系,确定最佳角度测量区间,建立进行螺栓松转角监测实验装置。结果表明,传感器在45°~65°范围内存在很好的线性关系和灵敏度,波长偏移与松转角的灵敏度为108.11pm/°,最小能测量0.38°的螺栓松转角度变化。作为螺栓松动监测的新方法,该方法对实现大型结构中螺栓联接件分布式监测具有重大意义。     

搭接梁螺栓联接结构的状态识别

利用频谱分析和小波包分析技术,针对敲击状态下搭接梁螺栓联接结构的加速度信号进行分析,根据不同预紧状态下响应信号的固有频率和优势频带的小波包能量变化,实现对联接结构的状态识别。分析结果发现,螺栓连接状态的变化与固有频率和优势频带的能量密切相关,在敲击下,预紧力越小,搭接梁的奇数阶固有频率越小,优势频带的能量也越大,表示其结构阻尼越大,联接结构的能量耗散增大,系统非线性增强。     

基于压电主动传感方式的螺栓松动检测实验研究*

针对螺栓联接结构中螺栓易松动而引发事故的情况,进行了压电主动传感方式的螺栓松动检测研究。采用压电材料激发超声波,根据透射波通过螺栓联接界面时,透射波携带的能量与界面间实际接触面积相关,而界面实际接触面积与界面压力(即螺栓作用力)成一定关系,通过测量透射波的能量确定螺栓的松紧程度。建立了实验装置,进行了实验研究。实验结果显示,作为传感器的压电材料所接收到的超声波能量与螺栓紧固力具有较好相关性,该方法可作为螺栓联接结构健康监测的一种新方法。     

可调螺距螺旋桨叶根螺栓应力分析

针对可调螺距螺旋桨叶根螺栓头部与杆身圆角过渡区域应力集中的问题,根据弹性和弹塑性理论,利用MSCMarc分析叶根螺栓在预紧工况以及螺旋桨处于工作状态的应力分布情况．采用截面法和渗透接触法分别计算预紧力的加载．结果表明,螺旋桨处于工作状态下叶根螺栓头部与杆身圆角过渡区域产生较小的塑性变形,对叶根螺栓强度的影响较小;采用截面法和渗透接触法均能有效地模拟螺栓预紧过程．     

预紧力和螺栓位置对螺栓群连接构件的影响

为研究螺栓群连接构件的力学性能,以某高速列车中较具代表性的螺栓群连接构件为研究对象,利用非线性有限元接触算法和等效外载法施加预紧力,分别对不同螺栓预紧力和不同螺栓布置位置情形下的连接构件进行仿真.通过对孔周应力的比较,得出最佳螺栓布置位置和螺栓预紧力.     

基于改进波能量法的螺栓压紧力在线监测装置

针对工程中经常出现的螺栓松动问题,在原有波能量法的基础上进行了改进。利用正弦信号代替脉冲信号进行激励,使得输出信号由振荡衰减信号变为正弦信号,规避了使用时间反演法所带来的电路复杂度。利用积分法使得输出随扭矩单调变化,为后续建模提供了条件。并基于改进波能量法研制了一种螺栓压紧力实时监测装置。该装置体积小,能够很方便的安装到螺栓联接组中,可以对螺栓联接结构的压紧力进行实时在线监测,再把数据远程发送到接收端。实验结果表明,该装置能较为准确的测量螺栓压紧力,并且能够通过太阳能电池和设计的电源控制方案达到良好的能量循环。可以进行长期稳定的工作,在螺栓联接状态监测领域具有很好的应有前景。     

定力螺栓断裂的机理分析

本文通过对螺栓定力断裂机理进行分析及计算,分别从失效形式及断裂源找出导致螺栓断裂的原因,并对影响预紧力的因素逐一分析,得出预紧力与摩擦系数的关系,对为各类螺栓定力做好技术储备,并提出防范措施。     

基于阻抗法的多螺栓连接预紧扭矩检测试验研究

目前小卫星快速响应要求不断提高,然而小卫星包含大量的螺栓连接部件,在小卫星装配完成后对其螺栓预紧扭矩进行快速检测,对于提高小卫星快速响应具有重要意义.为实现螺栓预紧扭矩快速检测,本文研究了基于机电阻抗法的两螺栓搭接梁中螺栓预紧扭矩检测方法.由于螺栓松动导致结构机械阻抗发生变化,通过机电耦合效应,会使贴于结构表面的压电陶瓷的电阻抗发生变化.根据上述原理,将压电陶瓷纤维复合材料MFC贴于搭接梁表面,利用阻抗分析仪测量MFC的阻抗实部的谱曲线,以此找到阻抗实部随扭矩变化而变化的敏感频段,在此频段内,通过比对松动后阻抗实部的均方根偏差与标准扭矩下的阻抗实部均方根偏差,判断螺栓松动状况.实验结果显示,随着搭接梁两个螺栓的松动甚至脱落,阻抗实部的谱曲线上的峰值大小和峰值频率会发生明显变化,对应的均方根偏差也逐渐增大.建立了包含标准状态下阻抗实部数值和已知工况的RMSD的数据库,通过对比未知工况的RMSD,来判断螺栓松动状况,并用实验验证了该方法.因此,采用MFC作为压电敏感元件的机电阻抗法,能够有效地检测搭接梁两螺栓连接是否松动.     

螺栓连接薄壁柱壳结构固有特性分析

本文以螺栓连接的薄壁柱壳结构为研究对象,基于ANSYS有限元分析软件,建立其精细有限元模型,并采用基于接触的预应力法分析系统的固有特性,通过与模态实验得到的系统振型和固有频率结果进行对比,验证所建模型的有效性和准确性,并在此基础上,分析系统转速和螺栓预紧力对系统固有特性的影响.研究结果表明：随着转速和预紧力的增加,结合面的连接刚度和系统刚度增加,系统的前6阶固有频率不断增加;转速较低时,预紧力对系统的固有特性的影响占主导;预紧力足够大时,转速对系统的固有频率的影响占主导.     

小型三维力传感器的设计和解耦测试研究

研制了一种小型电阻应变式3维力传感器,采用一种新型弹性体结构,其自上而下开有多层槽孔,4个电阻应变片贴于弹性体侧面,用于检测空间3维力。采用弹性体的位移变化量转化成应变片的应变量,运用有限元仿真分析力作用与应变关系,判定了具有该弹性体结构的传感器力解耦性能。针对实际3维力传感器进行静态标定和解耦计算,得到3维力解耦矩阵。3维力实验测试表明,所研制的传感器具有较高的精度,较好地消除了3维间的耦合性,能够满足小量程微小型机器人力反馈控制需求。     

双层预紧式6维力传感器预紧力对精度影响分析

针对传统Stewart结构6维力传感器性能的不足,设计并研制了一种双层预紧式6维力传感器,并进行了精度分析与实验研究.首先,介绍了该6维力传感器的结构特点,基于螺旋理论建立了其数学模型以及预紧力的数学描述形式.为了提高传感器的测量精度,在分析预紧支路结构的基础上,通过增大预紧力来降低由于预紧支路结构变形产生的误差.其次,对不同预紧力下预紧支路的结构变形进行了有限元仿真.最后研制并开发了6维力传感器样机和标定系统,进行了不同预紧力情况下的标定实验.通过增大预紧力,传感器的最大Ⅰ类误差和Ⅱ类误差分别由满量程的2.73%、2.43%降低到0.41%、0.64%.实验结果表明,增大预紧力有效地降低了预紧支路变形带来的测量误差,提高了传感器的测量精度,从而验证了理论分析与仿真的正确性.     

一种插转式连接装置的受力承压特性数值仿真

为明确软质输送管线中插转式软管连接装置的受力承压特性,保障输送介质的安全运输,通过分析其结构特点构造三维模型,运用仿真的方法,研究了插转式软管连接装置在工作压力和爆破压力下的临界螺栓预紧力,并分析了螺栓预紧力对软管的力学影响。结果表明,若保证插转式软管连接装置不发生拉脱,在工作压力下的临界螺栓预紧力需达到1.1628×10⁴ N以上,在爆破压力下的临界螺栓预紧力需达到3.5409×10⁴ N以上。此外,在工作压力下,软管所受最大等效应力随螺栓预紧力增大而不断增大。     

预钻孔直径对高强度螺栓轴力应变计测量的影响研究

螺栓连接是目前在机械设备中应用相当广泛的一种连接形式,随着各类机械设备的大型化和复杂化,对高强度螺栓的轴向力进行工况下监测也变得更加重要.目前,高强度螺栓指强度等级在8.8级以上的螺栓,对其进行钻孔式轴向应力测量时,对预钻孔直径与测量效果间的研究还相对较少.文章通过数值模拟与实验结合的方法,应用ANSYS软件对不同钻孔直径下的高强螺栓轴力测量效果进行了研究和比较,给出了能够达到良好测量效果,且适用于不同公称规格螺栓的钻孔直径选择依据,为在不同工况下准确测量螺栓轴向力提供了参考.     

螺栓装配模糊控制系统的设计与实现

螺栓联结件装配是汽车生产中的重要环节,本文首先分析了影响联结件装配预紧力的因素,介绍了基于扭矩率的扭矩与转角相结合的装配原理;在装配控制系统设计中引入了模糊控制技术,用以适应不同性质的联结件、克服装配中"扭矩过冲"现象.     

热采卡箍螺拴断裂事故原因分析

在对发生断裂的卡箍紧固连接螺栓进行质量检测和强度校核的基础上,指出螺栓发生断裂的主要原因是预紧力太大,并提出了相应的整改措施,解决了工程中存在的问题.     

具有3维力感知能力的多足仿生机器人足端机构设计

为提高多足仿生机器人在崎岖地形中的适应能力,设计了一种具有3维力感知能力的足端机构,该机构主要包含足端球、盖板、4个1维力传感器、基座和预紧螺栓.4个力传感器以45?倾角对称安装在基座卡槽内,根据传感器受力在水平和垂直方向的分力可实现足端球与环境间接触力的测量.首先,对足端机构的3维力测量原理进行分析,基于ADAMS仿真验证了该测量原理的正确性.在传感器标定实验中发现,预紧螺栓施加的预紧力以及足端球的材料对足端机构的3维力测量性能具有较大的影响.最后,在确定预紧力和足端球材料后,对选定参数的足端机构进行标定实验,标定结果表明,足端机构在X和Y方向的力测量精度可以达到±11.3%,Z方向的力测量精度可以达到±9.4%.     

基于深度学习的螺栓松动图像检测方法研究

针对螺栓松动检测作业需求,提出了一种将深度学习目标检测技术与数字图像处理技术相结合的螺栓松动图像检测方法。将Faster R-CNN应用于螺栓目标检测,设计了螺栓图像预处理、特征提取以及螺栓松动判别算法,采集一定数量的螺栓图片集,验证螺栓松动图像检测方法的可行性和有效性。实验表明：该螺栓松动图像检测方法能够比较精确地定位和识别一幅图像中的螺栓,且可以有效地检测出螺栓是否松动及其松动程度。该图像检测方法可为螺栓松动故障诊断提供了一种新的解决思路和技术方法。