基于压电主动传感方式的螺栓松动检测实验研究.pdf

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1、第26卷第8期传感技术学报Vo1．26No．82013年8月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．2013BoltLooseningDetectionBasedonPiezoelectricActiveSensingTechnologyWANGTao，LUOYi，LIUShaopeng，XIAOHan，WANGZhigang，LIYourong(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation，WuhanUniversityofScienceandTechnology，

2、Wuhan430081，China)Abstract：Forthemeasurement0±boltaxiaIforceanddetectionofboltloosening，theultrasonicmethodisstudiedusingthepiezoelectricactivesensingtechnique．Whentheultrasonicwavegeneratedbyapiezoelectricpatchpropagatesacrosstheinterfaceofthecomponentsjointedbythebolt，onlyp

3、artoftheultrasonicwaveenergypassesthroughit．Thetransmittedwaveenergydependsonthetruecontactareawhichisdecidedbytheboltpretensionac—cordingtotheClassicalHertzcontacttheo~T．Bymeasuringthereceivedenergywithanotherpiezoelectricpatchontheothersideoftheconnectedcomponents，theboltpr

4、etensionorboltconnectionstatuscanbedetected．Theexperimentdeviceissetupandserialsexperimentswerecarriedout．Theexperimentresultsshowthatthewaveenergypropagatedacrosstheinterfacehasgoodcorrelationwiththetorqueleve1．Thismethodhaspotentialapplicationforthemonitoringofboltloosening

5、in-site．Keywords：activesensing；boltloosening；piezoelectricmaterial；ultrasonicsensorEEACC：7110doi：10．3969／j．issn．1004—1699．2013．08．005基于压电主动传感方式的螺栓松动检测实验研究冰王涛，罗毅，刘绍鹏，肖涵，王志刚，李友荣(武汉科技大学机械自动化学院，武汉430081)摘要：针对螺栓联接结构中螺栓易松动而引发事故的情况，进行了压电主动传感方式的螺栓松动检测研究。采用压电材料激发超声波，根据透射波通过螺栓联接界面时，透射波

6、携带的能量与界面间实际接触面积相关，而界面实际接触面积与界面压力(即螺栓作用力)成一定关系，通过测量透射波的能量确定螺栓的松紧程度。建立了实验装置，进行了实验研究。实验结果显示，作为传感器的压电材料所接收到的超声波能量与螺栓紧固力具有较好相关性，该方法可作为螺栓联接结构健康监测的一种新方法。关键词：主动式传感；螺栓松动；压电材料；超声波传感器中图分类号：TB551；TH701文献标识码：A文章编号：1004—1699(2013)08—1059—05螺栓联接广泛应用于机械、化工、交通、电力、航由于摩擦力的不确定性，即使采用精确的扭矩扳手测空、土木等

7、行业的各类设备和结构中，一方面用于联量紧固力，仍可能达到50％的不确定性⋯。接可拆卸部件，另一方面在很多情况下也用于传递电阻应变片电测法采用标准电阻应变片，将其零部件间的载荷，其联接状态(表现为轴向预紧力)安装在螺栓螺杆上，通过测量螺栓应变进而获得螺直接关系到整个设备或结构工作的可靠性和安栓的轴向力，具有很高的测量精度，但受到螺栓安装全性。形式的限制，很多场合难以实现。此外，当螺栓两端常用的螺栓紧固力测试方法有扭矩扳手法、电阻都处于结构外面，也可以通过精确测量螺栓紧固过应变片电测法、光测力学法等。在工程中广泛采用扭程中的伸长量来获得螺栓的紧固力大

8、小，但很多场矩扳手控制螺栓预紧力，但由于螺母和结构之间以及合难以实现这一复杂的过程。螺纹间摩擦力的存在，很难精确测量、控制螺栓的轴194