[发明专利]一种无基线的时间反转导波螺栓预紧力监测方法

说明书

本发明涉及一种无基线的超声导波螺栓预紧力监测方法，通过采用时间反转法或者改进时间反转法得到不同预紧力下激励信号的重聚焦信号，然后利用重聚焦信号计算不同扭矩下的拧紧指标。本发明拧紧指标的计算不需要参考信号，提高预紧力监测的环境适应性，同时可以有效保障螺栓预紧力监测精度。

技术领域

涉及螺栓预紧力监测技术，具体涉及一种无基线的超声导波螺栓预紧力监测方法。

背景技术

螺栓连接由于能够承受较大的载荷，方便安装及拆卸，在航空航天、土木工程领域的结构中广泛应用。然而在初始预紧力不正确或者服役过程中受到时变载荷等因素的影响下，螺栓连接在服役中很容易松动，螺栓松动会直接降低结构的承载能力，影响结构的可靠性和安全性，因此对于螺栓连接预紧力进行监测是确保结构可靠性和安全性的重要手段。超声导波由于测量范围大、灵敏度高成为一种重要的结构健康监测手段，基于超声导波的螺栓预紧力监测技术受到国内外的广泛关注。

由于导波的频散、多模态和边界反射的影响，使得接收的导波信号异常复杂，对导波信号的分析非常困难。为此国外学者提出了时间反转法(Time reversal method)来对导波信号进行处理，利用时间反转法可以实现导波信号的重聚焦，并重构激励信号，更为方便的实现缺陷监测。因此国内外学者提出了基于时间反转法的螺栓预紧力监测方法(见文献[1]Tao W,Shaopeng L,Junhua S,et al.Health monitoring of bolted joints usingthe time reversal method and piezoelectric transducers[J].Smart Materials&Structures,2016,25(2):025010.[2]Parvasi S M,Ho S C M,Kong Q,et al.Real timebolt preload monitoring using piezoceramic transducers and time reversaltechnique—a numerical study with experimental verification[J].SmartMaterials and Structures,2016,25(8):085015.)。上述方法在初始松动阶段灵敏度差，为此国内研究人员对上述方法进行了改进，提出了改进时间反转法(见受理发明专利：徐超，吴冠男，杜飞.一种基于改进时间反转法的螺栓预紧力矩超声导波监测方法,2017102607258[P].2017.)。上述方法均利用时间反转法或者改进时间反转法，将螺栓连接结构中的导波信号进行重聚焦。在分别得到拧紧状态(健康状态)及松动状态(非健康状态)下的重聚焦信号后，利用健康状态下的重聚焦波包的幅值或相位，将非健康状态下重聚焦波包的峰值或者相位进行归一化，进而得到拧紧指标以评估螺栓预紧力。

上述监测方法中螺栓预紧力的评估依赖于健康状态下的基线信号，然而由于导波信号的传播易受温度等环境因素的影响，因此无基线的监测方法在应用中有更高的可靠性(见文献Huang L,Zeng L,Lin J.Baseline-free damage detection in compositeplates based on the reciprocity principle[J].Smart Materials and Structures,2017,27(1):015026.)。因此构建一种无基线的螺栓预紧力监测方法，对于提高螺栓预紧力监测方法的可靠性具有重要意义。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种无基线的时间反转导波螺栓预紧力监测方法，该方法中拧紧指标的计算无需健康状态下的参考信号，同时保障预紧力的监测精度。

技术方案

一种无基线的时间反转导波螺栓预紧力监测方法，其特征在于步骤如下：