基于超声导波的钢结构螺栓群节点松动监测与评价

发布时间：2021-08-26 05:20

　　螺栓连接作为一种连接形式广泛应用于各种工程领域中,其连接可靠性是结构整体安全的重要保证。在长期内外因素的共同作用下,螺栓功能将会发生退化,从而导致螺栓预紧力损失和松动,进而可能导致结构整体破坏。因此对螺栓连接节点进行损伤检测定位、损伤程度估计和剩余寿命估计具有重要的理论和工程实用价值。超声导波作为一种在波导中传播的应力波,具有对损伤敏感、能量衰减小等优点而被广泛应用于结构健康监测领域。本文以钢结构中的螺栓连接节点为研究对象,以超声导波作为检测手段进行了螺栓预紧力的表征和松动螺栓的定位检测。本文从弹性力学理论出发,推导了有边界无约束的自由板中的Lamb波的传播特性方程,并以数值解法绘制了板中的Lamb波频散曲线,分析了其频散和多模态现象,给出了实验激励频率的选择依据。针对实验发射信号的调制问题,本文从信号处理技术出发,说明了加窗对信号的影响,分析了周期数目对调制信号时域和频域的影响。本文将赫兹接触理论与波的平均能量密度相结合,在理论层面上分析了螺栓预紧力变化对导波信号能量的影响。对于单螺栓的预紧力变化情况,本文分别以信号时域能量、频域能量、首波幅值、平均周期图谱峰值、小波分解与小波包分解... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 超声导波的研究概况
        1.2.2 螺栓损伤检测研究概况
    1.3 本文研究内容
    1.4 本章小结
2 理论基础
    2.1 引言
    2.2 Lamb波传播力学模型
        2.2.1 波动方程求解
        2.2.2 频散曲线绘制及Lamb波的特点
    2.3 窗函数处理信号原理
        2.3.1 窗函数的概念及常见类型
        2.3.2 窗函数调制激励信号
    2.4 本章小结
3 螺栓扭力的多尺度能量表征
    3.1 引言
    3.2 螺栓预紧力对信号能量影响的分析
        3.2.1 赫兹接触理论
        3.2.2 波的能量平均密度
    3.3 实验设备及材料
        3.3.1 压电材料
        3.3.2 螺栓连接节点设计
        3.3.3 实验设备及流程
    3.4 信号能量的时频域表征
        3.4.1 信号能量累积曲线
        3.4.2 信号时域能量表征
        3.4.3 信号频域能量表征
    3.5 信号时频域幅值对螺栓扭力的表征
        3.5.1 首波希尔伯特包络与螺栓扭力关系
        3.5.2 平均周期图幅值与螺栓扭力关系
    3.6 小波分解与小波包分解与螺栓扭力的关系
        3.6.1 小波分解对螺栓扭力的表征
        3.6.2 小波包分解
        3.6.3 两种方法比较分析
    3.7 短时傅里叶变换对螺栓扭力的表征
    3.8 本章小结
4 钢板螺栓连接节点螺栓松动定位
    4.1 密集型螺栓节点螺栓损伤研究
        4.1.1 实验设备及流程
        4.1.2 相关系数与均方差对螺栓的损伤评价
        4.1.3 信号差异表征
        4.1.4 密集型螺栓节点单螺栓松动定位
    4.2 稀疏型螺栓节点螺栓损伤研究
        4.2.1 稀疏型螺栓节点介绍
        4.2.2 实验介绍
        4.2.3 实验数据及定位结果
    4.3 本章小结
5 基于瞬时基线的松动螺栓定位研究
    5.1 基于时间反转的无基线定位研究
        5.1.1 时间反转理论基础
        5.1.2 实验过程及结果
    5.2 基于瞬时基线的螺栓松动定位
        5.2.1 瞬时基线相关理论
        5.2.2 定位原理及实验结果
    5.3 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于小波包变换的金属材料超声防伪识别[J]. 卢康,贺西平,安笑笑,贺升平,尼涛.  无损检测. 2017(07)
[2]几种功率谱估计方法在飞行试验数据分析中的研究[J]. 支真莉.  科技创新与应用. 2017(14)
[3]基于小波包分解的航空涡轮盘超声相控阵检测图像降噪技术[J]. 陈振华,陈修忻,王婵,卢超.  无损检测. 2017(05)
[4]利用固有频率异常值分析法检测螺栓拧紧力[J]. 缑百勇,陆秋海,王波,王世英.  振动与冲击. 2015(23)
[5]复合材料连接结构健康监测技术研究进展[J]. 王奕首,卿新林.  复合材料学报. 2016(01)
[6]飞机加筋壁板紧固件松脱损伤检测的自相关分析方法[J]. 杨智春,张慕宇,王乐.  振动与冲击. 2011(11)
[7]机械螺栓连接状态监测和辨识方法研究进展[J]. 徐超,周帮友,刘信恩,张铎.  强度与环境. 2009(02)
[8]飞机壁板紧固件松脱损伤检测的实验研究[J]. 杨智春,于哲峰.  应用力学学报. 2008(01)
[9]土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J]. 李宏男,高东伟,伊廷华.  力学进展. 2008(02)
[10]基于时间反转理论的复合材料螺钉连接失效监测研究[J]. 王强,袁慎芳,邱雷.  宇航学报. 2007(06)

博士论文
[1]基于导波的结构健康监测中特征提取技术与损伤识别方法的研究[D]. 苗晓婷.上海交通大学 2011
[2]Lamb波时间反转方法及其在结构健康监测中的应用研究[D]. 王强.南京航空航天大学 2009

硕士论文
[1]基于波束成型的Lamb波无基线板状结构损伤识别技术[D]. 金盟道.大连理工大学 2016
[2]基于主被动波动技术板状结构损伤定位方法[D]. 冯全明.大连理工大学 2015



本文编号：3363629