基于压电阻抗技术的螺栓松动检测试验研究* (2014年)

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 ### 基于压电阻抗技术的螺栓松动检测 #### 概述 本文献主要探讨了在工程结构中螺栓松动问题的检测方法。通过采用压电材料（特别是锆钛酸铅PZT）的阻抗特性变化来评估螺栓连接状态的变化，并进一步分析这种变化与螺栓预紧力之间的关系。这项研究对于提高结构安全性、预防因螺栓松动导致的事故具有重要意义。 #### 背景介绍 螺栓连接是工程结构中最常见的连接方式之一。然而，在长期使用过程中，特别是在受到振动或循环载荷的影响时，螺栓可能会出现松动或疲劳损伤，这可能导致结构的安全性和稳定性降低。因此，开发一种能够有效检测螺栓连接状态的技术变得至关重要。 #### 研究方法 本研究采用的方法主要包括以下几个方面： 1. **模拟加载实验**：使用万能试验机对螺栓连接结构进行加载，模拟不同的预紧力情况，以此来模拟实际工况中的螺栓预紧力变化。 2. **阻抗测量**：在不同预紧力作用下，使用阻抗分析仪测量安装在结构上的压电材料（如PZT）的阻抗变化。 3. **损伤指标计算**：通过计算压电导纳实部的均方根偏差（RMSD），来评估螺栓的松紧程度。 4. **变量影响分析**：探究压电材料安装位置以及连接结构接触面的粗糙度对RMSD的影响。 #### 实验结果与分析 1. **损伤指标与预紧力的关系**：实验结果显示，随着螺栓预紧力的增加，损伤指标RMSD呈现下降趋势。这意味着RMSD可以作为一种有效的工具来识别螺栓预紧力的变化。 2. **压电材料安装位置的影响**：压电材料的安装位置对RMSD值有一定的影响。不同位置的安装可能会导致RMSD值有所不同，从而影响到最终的检测结果。 3. **接触面粗糙度的影响**：接触面的粗糙度也会影响RMSD的测量结果。通常来说，更光滑的表面会使得阻抗变化更加敏感，进而影响到RMSD的计算结果。 #### 结论与展望 通过对基于压电阻抗技术的螺栓松动检测方法的研究，本论文证实了损伤指标RMSD能够有效地识别螺栓预紧力的变化，并且指出了压电材料的安装位置和接触面粗糙度对检测结果的影响。这些发现为螺栓连接状态的实时监测提供了理论基础和技术支持。未来的研究方向可能包括进一步优化压电材料的选择、改进安装位置的设计以及开发更为精确的信号处理算法，以提高检测系统的准确性和可靠性。 #### 关键词解析 - **健康监测**：指对工程结构中关键部件（如螺栓）的工作状态进行持续监测，以确保其安全性和可靠性。 - **螺栓松动**：螺栓在长期使用过程中可能出现的一种状态，会导致连接处的强度降低。 - **压电阻抗**：压电材料在受到机械应力时其电气阻抗会发生变化的现象。 - **损伤指标**：用于量化结构损伤程度的量化参数，在本文中特指压电导纳实部的均方根偏差（RMSD）。 该研究不仅展示了压电材料在螺栓连接状态检测中的应用潜力，也为后续相关领域的研究提供了宝贵的数据支持和技术参考。