基于虚拟材料模型的螺栓松动预测研究

螺栓连接在风力发电机等复杂装备中得到了广泛应用。设备的工作载荷及机械振动会引起螺栓松动，导致螺栓连接失效，严重影响设备的正常运行。为此，以海上风力发电机塔筒连接螺栓为研究对象，建立了螺栓结合面连接刚度模型，进行了塔筒法兰连接螺栓的松动状态预测研究。首先，建立了螺栓结合面刚度，通过虚拟材料模型对其进行了表征，探究了预紧力对虚拟材料层模型的影响特性，为有限元模型提供了参数；然后，通过力锤实验，并结合实测数据建立了高精度的有限元模型；最后，通过法兰连接件的前10阶扭转、弯曲固有频率，以任意两阶模态的频率变化平方比、预紧力变化前后频率相对变化比分别作为螺栓定位、定量指标，进行了螺栓松动预测。研究结果表明：随着预紧力的增加，固有频率呈现逐渐增大的趋势，但灵敏度稍有下降；通过对螺栓松动测试结果的统计可得，螺栓松动定位识别精度达到95.24%;单、多螺栓预紧力下降程度定量精度分别为93.4%、90.2%;基于虚拟材料模型的螺栓松动预测方法具备精度高、通用性强的特点，可为螺栓连接的数字孪生实时监测提供重要参考。