基于压电阻抗特征频率偏移的螺栓轴向力监测
发布时间：2021-04-11 17:51
针对工程实际中的螺栓松动问题,将基于压电阻抗特征频率偏移的方法应用于螺栓轴向力的监测,从理论分析、有限元仿真和实验研究三个方面展开了该方法关键性问题的研究,对该方法在螺栓轴向力监测方面做了深入的实验研究。本文所做的主要研究工作如下:（1）基于压电导纳理论及轴向受载一维梁波动理论,推导出轴向载荷与主结构及压电材料固有频率的关系式,该关系式显示结构的轴向拉伸载荷会使主结构和压电材料横向振动的固有频率线性增大,而轴向压缩载荷则会使主结构和压电材料横向振动的固有频率线性减小。（2）应用有限元软件模拟结构受不同轴向载荷时结构模态频率和压电导纳信号的变化趋势,得出结构谐振的特征频率和压电材料谐振的特征频率与结构轴向载荷之间的关系。（3）在理论分析和有限元仿真的指导下,采用铝材板件和棒材分别做了相应的拉伸和压缩对比实验,理论分析和实验结果表明压电导纳信号中主体结构谐振特征频率和压电材料谐振特征频率的偏移与主体结构的轴向拉伸载荷均呈单调递增的关系,而与主体结构的轴向压缩载荷均呈单调递减的关系。将该方法应用于螺栓轴向力监测实验,能够很好地监测螺栓轴向力的变化,因此基于压电阻抗特征频率偏移的螺栓轴向力监测...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 电阻应变片电测法
1.2.2 声弹性法
1.2.3 压电主动传感法
1.2.4 声发射检测法
1.2.5 压电阻抗法
1.3 本文研究目标、研究内容
第2章 基于压电阻抗特征频率偏移的结构应力检测机理
2.1 压电原理
2.1.1 压电材料
2.1.2 压电效应和压电方程
2.2 结构压电耦合电阻抗理论
2.3 轴向受载的一维构件波动理论
2.4 轴向力载荷与固有频率关系的分析
2.5 本章小结
第3章 基于主结构谐振处特征频率偏移的螺栓松动监测
3.1 有限元分析技术
3.1.1 有限元分析理论
3.1.2 基于ANSYS的压电分析
3.2 耦合结构的低频段压电阻抗分析
3.2.1 主结构模态分析
3.2.2 结构压电阻抗分析
3.3 铝板结构的低频段拉伸实验
3.3.1 实验平台搭建
3.3.2 实验方案及过程
3.3.3 实验结果
3.3.4 实验结果分析
3.4 螺栓低频实验
3.4.1 实验夹具的设计
3.4.2 实验方法及过程
3.4.3 实验结果及分析
3.5 本章小结
第4章 基于压电材料谐振特征频率偏移的螺栓松动监测
4.1 敏感高频段的有限元压电分析
4.1.1 压电片+粘结层的压电阻抗分析
4.1.2 压电片+粘结层+主体结构的压电阻抗分析
4.2 敏感高频段结构的拉伸和压缩对比实验
4.2.1 实验方法及过程
4.2.2 实验结果
4.2.3 实验结果分析
4.3 敏感高频段螺栓松动的监测
4.3.1 螺栓受力分析
4.3.2 实验方法及过程
4.3.3 实验结果及分析
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于阻抗法的预应力波纹管密实性试验研究[J]. 蒋田勇,彭中,罗舟滔,郑俊博. 实验力学. 2017(04)
[2]基于机电阻抗法的桁架结构加载状况监测[J]. 刘增华,张龙,何存富,吴斌. 北京工业大学学报. 2015(08)
[3]压电阻抗法识别管道裂纹试验研究[J]. 张宇,胡利琼,罗辉,克高果,葛慧芝. 土木工程与管理学报. 2015(01)
[4]基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究[J]. 蔡金标,李忠良,楼旦丰,陈双聪,张燕青. 压电与声光. 2014(01)
[5]基于压电主动传感方式的螺栓松动检测实验研究[J]. 罗毅,王涛,刘绍鹏,肖涵,王志刚,李友荣. 新型工业化. 2013(07)
[6]基于声发射信号分析的螺栓松动识别[J]. 闫航瑞,曾国英,赵登峰,田美子. 矿山机械. 2011(12)
[7]基于声发射原理的螺栓连接状态辨识方法研究[J]. 王怡,王宁,卢萍,龙林. 声学技术. 2010(05)
[8]基于机电阻抗技术的管道法兰结构健康监测实验研究[J]. 吴斌,佟啸腾,刘增华,何存富. 实验力学. 2010(05)
[9]声发射信号通过螺栓紧固联接界面的试验研究[J]. 曾毅,毛汉领,黄振峰. 科学技术与工程. 2010(24)
[10]振动环境中螺栓连接结构声发射特性的实验研究[J]. 王怡,王宁,卢萍,龙林. 西南科技大学学报. 2010(01)
本文编号：3131689
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 电阻应变片电测法
1.2.2 声弹性法
1.2.3 压电主动传感法
1.2.4 声发射检测法
1.2.5 压电阻抗法
1.3 本文研究目标、研究内容
第2章 基于压电阻抗特征频率偏移的结构应力检测机理
2.1 压电原理
2.1.1 压电材料
2.1.2 压电效应和压电方程
2.2 结构压电耦合电阻抗理论
2.3 轴向受载的一维构件波动理论
2.4 轴向力载荷与固有频率关系的分析
2.5 本章小结
第3章 基于主结构谐振处特征频率偏移的螺栓松动监测
3.1 有限元分析技术
3.1.1 有限元分析理论
3.1.2 基于ANSYS的压电分析
3.2 耦合结构的低频段压电阻抗分析
3.2.1 主结构模态分析
3.2.2 结构压电阻抗分析
3.3 铝板结构的低频段拉伸实验
3.3.1 实验平台搭建
3.3.2 实验方案及过程
3.3.3 实验结果
3.3.4 实验结果分析
3.4 螺栓低频实验
3.4.1 实验夹具的设计
3.4.2 实验方法及过程
3.4.3 实验结果及分析
3.5 本章小结
第4章 基于压电材料谐振特征频率偏移的螺栓松动监测
4.1 敏感高频段的有限元压电分析
4.1.1 压电片+粘结层的压电阻抗分析
4.1.2 压电片+粘结层+主体结构的压电阻抗分析
4.2 敏感高频段结构的拉伸和压缩对比实验
4.2.1 实验方法及过程
4.2.2 实验结果
4.2.3 实验结果分析
4.3 敏感高频段螺栓松动的监测
4.3.1 螺栓受力分析
4.3.2 实验方法及过程
4.3.3 实验结果及分析
4.4 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 全文总结
5.2 研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于阻抗法的预应力波纹管密实性试验研究[J]. 蒋田勇,彭中,罗舟滔,郑俊博. 实验力学. 2017(04)
[2]基于机电阻抗法的桁架结构加载状况监测[J]. 刘增华,张龙,何存富,吴斌. 北京工业大学学报. 2015(08)
[3]压电阻抗法识别管道裂纹试验研究[J]. 张宇,胡利琼,罗辉,克高果,葛慧芝. 土木工程与管理学报. 2015(01)
[4]基于压电阻抗的混凝土裂缝深度发展定量研究[J]. 蔡金标,李忠良,楼旦丰,陈双聪,张燕青. 压电与声光. 2014(01)
[5]基于压电主动传感方式的螺栓松动检测实验研究[J]. 罗毅,王涛,刘绍鹏,肖涵,王志刚,李友荣. 新型工业化. 2013(07)
[6]基于声发射信号分析的螺栓松动识别[J]. 闫航瑞,曾国英,赵登峰,田美子. 矿山机械. 2011(12)
[7]基于声发射原理的螺栓连接状态辨识方法研究[J]. 王怡,王宁,卢萍,龙林. 声学技术. 2010(05)
[8]基于机电阻抗技术的管道法兰结构健康监测实验研究[J]. 吴斌,佟啸腾,刘增华,何存富. 实验力学. 2010(05)
[9]声发射信号通过螺栓紧固联接界面的试验研究[J]. 曾毅,毛汉领,黄振峰. 科学技术与工程. 2010(24)
[10]振动环境中螺栓连接结构声发射特性的实验研究[J]. 王怡,王宁,卢萍,龙林. 西南科技大学学报. 2010(01)
本文编号：3131689
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