[发明专利]一种螺栓预紧力检测方法

说明书

本发明提供了一种螺栓预紧力检测方法。该方法基于螺栓连接刚度理论，通过螺栓预紧力代理模型修正的方法，实现对螺栓预紧力的检测。具体实施过程可分为三步，首先，基于被测结构螺栓连接结构实际特点，建立螺栓预紧力与螺栓结合面连接刚度模型；其次，基于连接刚度模型计算螺栓预紧力对模态参数的作用规律，并基于神经网络建立螺栓预紧力代理模型；最后，基于人工鱼群优化算法，修正螺栓预紧力代理模型，实现螺栓预紧力检测。本发明基于螺栓预紧力对螺栓连接面刚度的影响作用规律，充分考虑到模态参数对连接刚度的敏感特性，基于连接刚度的变化实现对螺栓预紧力的检测，具有从多个螺栓中对预紧力发生变化的螺栓进行定位和定量评估预紧力变化程度的能力。

技术领域

本发明涉及结构状态检测及维护技术领域，尤其涉及一种螺栓连接预紧力检测方法。

背景技术

螺栓连接是一种重要的机械连接的方式，具有易于拆卸、方便安装等优点，但是受工作环境温度、振动等各类不可控因素的影响，在螺栓使用的过程中会发生螺栓的预紧力下降的情况，导致连接强度下降，如果这种预紧力的变化不能被及时的察觉，将会导致重大安全事故的发生，因此需要一种合理的方法来检测螺栓预紧力状况，保证螺栓连接安全可靠。现阶段，针对螺栓预紧力的检测方法主要有观测法或对每个螺栓都安装力或位移传感器，测量螺栓预紧力的变化，这些方法对螺栓数目较少的结构有一定的作用，但对于动辄上成百上千的大型螺栓连接结构存在检测时间长、检测成本高等缺点，因此需要一种全局的检测方法，用于评估全部螺栓的预紧力状态，保证螺栓连接结构安全可靠。动力检测是一种全局的损伤检测方法，具有检测整个结构健康状况的能力，近些年，一些基于结构动力学特性的损伤检测方法被逐渐提出，例如中国专利申请号为： 201010194235.0，发明名称为：一种结构损伤检测系统、设备及结构检测方法；中国专利申请号为：201610717721.3，发明名称为：一种细长复合材料的检测系统及检测方法等，以上方法均为对结构损伤的检测方法，还未涉及到螺栓预紧力的检测，分析其原因为螺栓预紧力对模态参数的影响机理尚不清晰，且螺栓预紧力动力学模型的建立较为困难，本发明从螺栓预紧力对螺栓结合面的连接刚度的影响规律出发，建立螺栓预紧力与螺栓结合面连接刚度模型，通过建立螺栓预紧力代理模型，并基于螺栓预紧力代理模型修正的方法，实现对螺栓预紧力的检测是本发明的主要创新点。

发明内容

鉴于螺栓预紧力损伤检测中存在的问题，受到基于动力特性的损伤检测方法的启发，本发明基于螺栓预紧力对螺栓连接面刚度的影响作用规律，将螺栓预紧力识别问题转化为对螺栓结合面的连接刚度的识别问题，充分考虑到固有频率参数对连接刚度的敏感特性，建立了螺栓预紧力与螺栓结合面连接刚度方程，通过修正螺栓预紧力代理模型的方法，实现对螺栓预紧力的检测。

一种螺栓预紧力检测方法，具体步骤包括：

第一步，基于被测结构螺栓连接结构实际特点，建立螺栓预紧力与螺栓结合面连接刚度模型；

第二步，基于连接刚度模型计算螺栓预紧力对固有频率的作用规律，并基于神经网络建立螺栓预紧力代理模型；

第三步，基于人工鱼群优化算法，修正螺栓预紧力代理模型，实现螺栓预紧力检测。

作为本发明的进一步优选方案，所述第一步的具有实施方式如下：

根据被测结构材料特性和螺栓连接表面分形特性，建立螺栓预紧力与法向连接刚度作用方程K_t(F)和切向刚度作用方程K_n(F):

其中，K_t表示螺栓连接面法向连接刚度，K_n表示螺栓连接面切向连接刚度， a_t和b_t表示法向刚度指数方程拟合系数，a_n和b_n表示切向刚度指数方程拟合系数，F表示螺栓预紧力。