基于声衰减特性的激光超声盆式绝缘子缺陷检测研究

激光超声具有非接触、宽频带、高分辨率等优势在无损检测领域受到广泛关注，为了研究GIS盆式绝缘子材料内部及表面的缺陷状态，利用激光超声技术通过研究声衰减特性间接判断缺陷状态的方法。利用30 ns脉冲宽度的激光对5 mm厚度的绝缘子材料试板进行频率为100 kHz的区域扫查，分析了表面气泡缺陷的存在对声衰减系数的影响，通过对有缺陷的区域和无缺陷区域扫查结果的对比分析，得出在有气泡孔洞下其衰减系数会减小，且随着激光能量增大衰减系数增大，当能量达到一定数值时，衰减系数达到一个稳定值的结论，验证了利用声衰减特性对盆式绝缘子材料缺陷检测的可行性，并为微小气泡缺陷定量表征提供了基础。     

基于压电阻抗的隧道管片结构螺栓松动损伤识别试验

基于压电阻抗(EMI)的损伤检测技术应用于大型结构健康监测目前仍十分少见。本文通过试验研究了EMI技术在大型隧道管片结构螺栓松动损伤检测中的有效性,探求了传感器的有效监测范围。首先粘贴不同位置的压电传感器实测压电导纳频谱曲线,分析不同位置压电传感器量测的结构谐振峰值特征。通过设置连接管片的螺栓松动损伤,以传感器的导纳频谱变化规律定性识别该损伤,并通过计算损伤指标RMSD量化损伤,采用其变化率衡量传感器敏感度。研究表明压电传感器能有效捕捉螺栓松动损伤的发展,EMI技术用于大型结构损伤检测是可行的;贴于螺栓上比贴于混凝土管片对损伤检测更为有效,随着损伤程度的增大,近距离传感器的损伤指标较远距离传感器变化更为明显,传感器敏感度与其同损伤的距离成反比例线性关系。     

表面应力分布对252 kV GIS盆式绝缘子机械性能影响的研究

针对252 kV GIS盆式绝缘子表面应力分布对其机械性能的影响建立了模型,并利用三维有限元分析软件对其进行仿真计算。为验证理论计算的有效性,搭建了一个盆式绝缘子水压试验平台。采用静态应变测试系统和应变片对盆式绝缘子在水压试验过程中其表面应力分布情况进行信号转换和数据采集。试验结果表明:水压强度为2. 5 MPa时,盆式绝缘子先从嵌件一侧脱落,沿两侧路径破裂至其弧面末端与内密封槽间的倒圆角处;试验中测得环氧树脂部分最先开裂位置的最大应力约为52. 25 MPa,且破裂位置与仿真计算结果一致;由于工艺上的不完善导致了破裂的起始位置为嵌件处,而不是树脂表面最大应力处。试验结果可为盆式绝缘子在结构上的优化设计提供参考,最终达到提高盆式绝缘子机械强度的目的。     

基于局部均值分解的螺栓连接振动松动研究

针对振动环境下螺栓连接结构的松动现象及响应信号的非线性、非平稳特征,提出基于LMD能量熵的松动故障识别方法。首先建立搭接板的有限元模型,通过预紧力单元法仿真得到不同预紧力下板结构振动信号;然后应用局部均值分解方法将信号自适应分解为若干乘积函数分量,计算包含主要故障信息的PF分量的能量熵,构造有效的松动损伤指标;最后建立螺栓连接搭接板试样,采集不同预紧工况下连接板的振动响应信号,通过激振试验验证该方法的有效性。研究结果表明,PF能量熵能较好地反映螺栓松动情况,此方法能有效地识别螺栓松动特征。     

基于关键点检测的钢桥螺栓松动识别方法

针对钢桥高强螺栓人工检测效率低、风险大，难以量化松动程度等问题，研发了一种基于关键点识别的批量螺栓松动检测方法。首先，通过卷积神经网络模型定位图像中的螺栓关键点；其次，采用K-means聚类算法对螺栓关键点进行包络，计算螺栓初始角度与松动角度。通过收集试验室环境下的螺栓图片对算法性能进行验证，结果表明试验室松动测试均方根误差均在0.63°～1.83°，最大误差为2°，单张平均检测耗时仅为51 ms。方法识别的松动角度与实际松动角度非常吻合，测试误差满足工程应用要求。     

钢结构螺栓连接松动智能检测及监测技术的研究进展

螺栓连接是钢结构中最常见的连接形式，其松动和脱落会使得结构的承载能力降低，导致结构产生安全隐患。为避免工程事故的发生，近年来研究人员提出了许多螺栓松动的检测方法。文章综述了一些常见的螺栓松动检测技术的工作原理及其研究进展，包括压电传感技术、光纤传感技术、数字图像处理技术、敲击声法，并对未来螺栓失效检测技术的发展方向进行了探讨。     

基于应力应变分析的盆式绝缘子破裂趋势判断方法研究

使用应变片与动态信号测试分析系统对220 k V盆式绝缘子内水压试验过程进行监测和记录,通过计算分析试验过程中采集的应变值,得出盆式绝缘子试样的破裂起始位置与大致的破裂发展过程。本文所提方法判断结果与现有方法判断结果一致,文中所述方法能够更准确记录和分析盆式绝缘子破裂起始位置、时间和发展趋势以及破坏应力,可为寻找产品结构设计和生产工艺薄弱点、提高产品质量提供帮助。     

基于非线性振动特性的半刚性连接螺栓松动损伤识别

高强螺栓松动是各种半刚性连接中常见的损伤形式。本文提出了利用非线性振动特性识别半刚性连接螺栓松动的方法。通过改变高强螺栓的预紧力模拟螺栓松动的程度,记录试验梁自由振动加速度信号,经小波软阈值去噪和解析模式分解,从加速度信号中分离出一阶振动分量,再进行希尔伯特变换,得到钢梁的频率与振幅的关系曲线,分析钢梁的非线性振动特性随螺栓松动状态的变化规律。结果表明非线性振动特性对螺栓松动导致的半刚性连接损伤敏感,适用于螺栓松动的损伤检测。     

基于小波变换时频能量分析技术的岩石声发射信号时延估计

声发射源定位技术是根据各传感器接收声发射信号的时差来实现损伤定位的,时延估计精确程度直接影响声发射源定位的精度。首先,在对不同损伤的声发射波形模式和频率识别的基础上,利用小波变换提取相应的单一频率或某一很窄频率段内的波形,并据此实现不同传感器在该频段的时延估计,为声发射源定位提供一个更为科学的方法;然后,使用Hyperion超声波系统,对单轴加载条件下岩石破裂过程中的声发射信号进行监测,并使用仪器自带的定位算法实现声发射源定位;最后,基于小波变换的方法对岩石试样声发射信号的时频能量分布特征进行分析,实现声发射源定位,并将定位结果与试样的真实破裂模式进行比较。试验结果表明,基于小波变换时频能量分析技术有利于减小声发射源定位的误差,从而提高材料损伤定位的精度。     

基于小波包变换及互相关的古建木材声发射源定位研究

为研究古建筑木构件在承载过程中产生损伤定位问题,利用铅芯折断在木材表面模拟损伤源结合声发射技术对产生的损伤源进行检测。对采集的声发射信号首先采用小波包分解重构对信号进行去噪处理,利用互相关技术对重构信号进行互相关分析进而确定信号到达各传感器时差,最后结合时差定位法对声发射源进行定位。试验结果表明：该方法可以有效提高损伤源的定位精度,理论值与实际位置相差很小,从而为准确地反演出声发射源提供有效途径。     

基于压电陶瓷的灌浆套筒缺陷检测及应力传播模拟研究

为了判断灌浆套筒内部是否存在缺陷,基于压电陶瓷检测方法,检测了不同缺陷程度的竖直向套筒和水平向套筒,比较了截面灌浆量对响应信号幅值的影响; 从小波包能量的角度分析了截面灌浆量对信号能量的影响,并基于小波包能量分析提出了缺陷评价指标; 通过有限元方法,模拟了应力波在不同截面灌浆量的灌浆套筒内的传播,分析了缺陷大小对应力波传播的影响。结果表明:响应信号幅值随灌浆套筒内部缺陷严重程度增大而增大,完全脱空情况下的幅值均值为灌浆饱满时的293%; 通过小波包能量分析,响应信号属于低频信号,基于小波包能量分析提出的缺陷评价指标能够定量反映灌浆套筒内部缺陷程度; 有限元模拟结果可视化地展示了应力波在套筒内的传播路径,内部缺陷的严重程度会对应力波的传播路径和能量耗散程度造成影响,灌浆量越小,内部缺陷越大,应力波传播越集中,最终能量损失越小。     

一种高强度螺栓连接副后处理技术研究

介绍一种高强度螺栓连接副后处理技术,即通过后处理乳液对高强度螺栓连接副表面进行处理,经过该乳液处理后的螺栓连接副,在-20～50℃的温度区间内,其扭矩系数均满足“同批扭矩系数平均值为0.110～0.150,扭矩系数的标准偏差不大于0.010”的国标要求;随着温度的升高,扭矩系数逐渐降低;当温度不变时,相对温度的升高,对...     

基于AR谱估计的瓷支柱绝缘子结构振动声学检测技术研究与试验

振动声学仪器采集到的绝缘子检测信号需要通过频谱分析来得到特征信息，进而判断绝缘子的损伤状态。现有的频谱分析多采用经典谱估计法，存在谱线分辨率低、谱泄露、虚假谱峰等问题，降低了缺陷检测准确率，且误报率偏大。本文采用自回归（AR）模型这种参数化的现代信号处理方法，通过采集220 kV瓷支柱绝缘子振动声学检测信号，建立AR模型，采用Yule-Walker方程计算AR参数，得到了瓷支柱绝缘子检测信号的AR功率谱。实验结果表明：相比于经典谱估计，AR谱估计的绝缘子检测信号处理方法具有更高的谱分辨率，谱线平滑，结合AR谱的对数标尺图，提高了振动声学法检测瓷支柱绝缘子缺陷的准确率。     

应用压电陶瓷传感器于桥墩的损坏诊断

该研究主要为运用压电传感器进行宜兰牛斗桥现地混凝土桥墩结构的健康诊断。所使用的压电传感器为利用压电陶瓷材料所制成,利用基本波动力学及压电材料可发射应力波亦可接收应力波的特性,进行现地混凝土桥墩结构的健康诊断研究。结构健康诊断为将压电传感器埋入RC桥墩结构内,当试体受到破坏时,由压电传感器发射应力波及由不同位置的压电传感器来撷取应力波,利用应力波振幅随着结构破坏程度、裂缝增加而减少振幅的特性,可知RC桥墩结构物的损坏程度。利用数值分析得到损坏指针,即可判断出结构物损坏程度,其量测结果随着结构物的损坏程度越严重,损坏指标也越高。当桥墩结构物达到严重破坏程度时,所量测到的损坏指标也相当接近最大值。该研究为压电传感器第一次应用于现地桥墩结构,除可验证压电材料用于实际结构物检测的可行性,判断混凝土结构的健康程度,另实为土木结构非破坏检测上的一种新的检测方法。     

咬合式高强螺栓连接延性破坏模式下受剪性能研究

为研究咬合式高强螺栓连接在剪力作用下的延性破坏模式和承载性能,完成了8个咬合式高强螺栓连接受剪试验。试验结果表明,当齿口个数较少时,咬合式高强螺栓连接的破坏模式为齿口屈服的延性破坏。在试验研究的基础上,建立了有限元模型并进行校验。通过8组有限元模型的参数分析发现,除改变螺栓预紧力的大小对咬合式高强螺栓连接的受剪承载力无明显影响外,齿口间摩擦系数、齿口个数、板件宽度、盖板厚度、螺栓直径、垫片厚度和弹性模量的增大均可以提高连接的受剪承载力。最后拟合得到双面受剪的咬合式高强螺栓连接的受剪承载力计算式,对比拟合计算式的计算结果、试验和数值计算结果表明,所提受剪承载力计算式合理,计算结果准确。     

被连接件硬度对扭矩系数影响分析

目前，高强度螺栓扭矩系数的研究分析中，对被连接件硬度这一因素的影响程度存在分歧，文章通过实验方法并加以理论分析重点研究了被连接件硬度对扭矩系数影响程度的大小，探究了被连接件硬度是否为扭矩系数影响的关键因素。利于工程实践中更准确的施加拧紧力矩，提高螺栓的效能。     

螺栓连接和拉铆连接在剪切循环荷载作用下的松动行为研究

拉铆连接凭借其优秀的防松性能,被应用于越来越多的工程领域。为研究国产新型拉铆钉在剪切循环荷载作用下的松动性能,以应用最为广泛的螺栓连接为对照,分别对规格为8 mm的4.8级普通螺栓、4.8级防松螺栓以及小规格拉铆钉进行剪切循环荷载下的松动试验研究,分析了三类连接在剪切循环荷载作用下的松动过程,研究了荷载幅值和频率对螺栓连接和拉铆连接松动行为的影响。结合微观测试手段分析其损伤形貌,进一步研究剪切循环荷载下螺栓和拉铆钉的防松原理及微动损伤机制。研究表明：在同种工况下拉铆连接的防松性能优于螺栓连接的防松性能;当荷载幅值增大或荷载频率减小时,螺栓连接和拉铆连接的松动程度增大;相较于螺栓,拉铆钉独特的圆弧结构牙型和铆接成型后牙型配合面的过盈配合机制,使其防松性能有明显提升;螺栓与拉铆钉的磨损机制主要是磨粒磨损和疲劳磨损。     

V字形地表浅埋隧道围岩松动压力计算方法

基于水平地表和倾斜地表浅埋隧道围岩松动压力的计算方法,对V字形地表浅埋隧道构建力学简化模型,并推导了围岩松动压力计算理论公式。结果表明,围岩垂直松动压力与偏移量t呈二次函数关系:当偏移量t满足0≤t≤B/2时(B为隧洞净跨),随着偏移量的增加,V字尖端左侧围岩垂直松动压力增大,V字尖端右侧围岩垂直松动压力减小;当偏移量t≥B/2时,随着偏移量的增加,隧道完全偏向V字尖端的一侧,此时隧道相当于处于倾斜地表下,围岩的垂直松动压力会持续增大;V字形浅埋隧道总的围岩松动压力呈增大趋势,随着斜直面上的侧压力系数λ增大,围岩的总压力也随之增大。隧道水平松动压力与偏移量呈一次函数关系,随着偏移量的增大,V字尖端左侧隧道水平松动压力增大,V字尖端右侧隧道水平松动压力减小,隧道左右受力不均匀,隧道结构不稳定,可以通过推算的偏移量与松动压力间的关系进行有效加固。     

花岗岩剪切破坏过程声发射横、纵波特征试验研究

开展花岗岩剪切声发射监测试验,利用横、纵波2种传感器接收花岗岩剪切破坏过程的声发射信号,分析声发射横、纵波信号的变化规律及其异同点,探讨两类信号变化规律差异性的原因。研究结果表明：剪切破坏过程中声发射横、纵波事件率变化趋势不一致,纵波事件率在弹性阶段达到最大值后降低,峰值应力前出现“平静期”,累计计数呈“S”型变化;横波事件率在临近峰值应力时出现最大值,累计计数呈“指数”型变化。剪切破坏过程声发射横、纵波事件能量变化趋势一致,破坏过程能量不断增大,临近峰值应力能率达到最大值,累计能量陡增。声发射横、纵波信号频率演化和分布差异性明显,纵波主频在6个固定的频率,近似呈条带状演化,而横波频率成分复杂,主频条带状演化不明显;纵波主频集中分布在90～110 kHz,而横波主频离散分布在0～500k Hz。由于横、纵传感器类型的差异,对岩石破裂过程不同频率声发射信号响应机制不同,是二者声发射事件数量变化趋势不一致的原因;横、纵波声发射事件能量变化趋势一致,这可能与二者高能量的信号均呈现低频特征有关。研究成果进一步丰富和完善了对岩石破裂过程声发射信号特征认识,有助于深入揭示岩石破裂灾变机制。     

光学电场传感器性能对劣质绝缘子检测结果的影响

电场传感器用于绝缘子带电检测技术中,有两个制约绝缘子劣化检测结果精度的主要因素:一是空间电场测量的精度和稳定性,二是空间位置的分辨率和稳定性。通过对复合绝缘子电场分布进行计算分析,并通过试验进行了对比论证。结果表明:使用Pockels光学电场传感器提高电场强度精度以及使用电机进行测量位置准确定位,可显著提高对劣化绝缘子的分辨能力和带电检测的效果。