[发明专利]基于独立分量分析和支持向量机的螺栓预紧力辨识方法

说明书

本发明提供一种基于独立分量分析和支持向量机的螺栓预紧力辨识方法，属于振动信号故障检测技术领域。针对机械设备运转过程中产生冲击、振动等力学环境，导致螺栓预紧力下降，甚至出现分离、脱落等现象，提出了一种基于振动信号的螺栓预紧力测量方法。通过DASP模态分析软件采集自由状态下的单螺栓连接梁的冲击振动信号；将实验数据进行经验模式分解重构去除噪声和趋势项；再结合独立分量分析进行特征降维，提取振动信号特征向量；再以振动信号特征向量为输入特征，通过支持向量机进行分类器模型训练，最终使用训练的分类器实现螺栓连接结构的预紧力辨识。

技术领域

本发明涉及一种基于振动信号独立分量分析和支持向量机的螺栓预紧力辨识方法，属于振动信号故障检测技术领域。

背景技术

螺栓连接结构广泛应用于各类工程结构中，其连接状态直接影响到到整个结构的安全性和可靠性。对于螺栓连接结构来说预紧力是最重要的参数之一，无论是在理论研究过程中还是工程实际应用里，如何准确控制螺栓连接结构的预紧力都是一个迫切需要解决的难题。精确控制预紧力总的来说可以分为两个步骤，首先需要对螺栓预紧力进行准确的辨识，之后便是对预紧力的准确控制。

现有的螺栓预紧力控制、辨识方法包括光栅光纤法、机电阻抗法、超声法测量等预紧力辨识方法。CN107421459A公布了《一种具有松动监测能力的光纤智能螺栓》。光栅光纤法测量螺栓预紧力是通过在螺栓中心埋设光纤，在拧紧过程中螺栓会产生一定的应变伸长量，而应变可以通过光纤中信号变化计算出来，再考虑预紧力与螺栓应变之间的关系，即可获得准确的螺栓预紧力。其缺点是易受环境温度影响、加工成本高、埋设光纤一定程度上降低了螺栓强度。CN110068454A公开了《一种振动激励下螺栓预紧力的机电阻抗监测方法》，该发明中以机电阻抗法测量振动响应，利用压电陶瓷PZT的机电耦合效应获得螺栓机械阻抗的变化信息，并提出了以敏感频段下的松动指标RMSD进行螺栓松动程度评估。但该发明中预紧力检测范围为0-10N·m，不能应用于大型机械的螺栓预紧力检测，且压电阻抗技术设备昂贵、压电材料难以应用于曲面结构，故该方法的应用范围受到了一定的限制。CN109781332A公开了《基于轴力和伸长量控制螺栓预紧力的方法》，基于超声波的声弹性理论以超声波飞行时间差法测量螺栓预紧力。所谓声弹性理论是指：由于材料本身的物理性质变化，超声波在弹性介质中传递时的速度会随材料应力的变化而变化。通过超声波传递的回波差确定超声波传播时间，通过标定与对比获取不同传播时间对应的螺栓预紧力。该方法需要加工压电陶瓷贴片螺栓，且易受环境温度影响，使用过程中需要反复标定，成本较高。

以上所述方法虽然可以准确辨识预紧力，但往往需要破坏螺栓结构或对螺栓进行专门的设计与加工，这无疑大大制约预紧力辨识的准确性与成本了，难以实现广泛的运用。结合上述企业生产实际所遇到的问题，寻找一种简单快捷，易于实现，同时能够针对整个结构的预紧力辨识方法成为相关制造业迫切需求的技术。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种针对连接结构振动信号，将独立分量分析(ICA)特征提取方法和支持向量机相结合的预紧力辨识方法，即基于振动信号独立分量分析和支持向量机的螺栓预紧力辨识方法，以解决现有螺栓预紧力辨识方法在实际工程应用中加工成本高、易受环境影响、测量工艺复杂、自适应性弱等问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于独立分量分析和支持向量机的螺栓预紧力辨识方法，包含实验测试和数据分析分析处理两部分：

步骤一：以单螺栓连接梁为研究对象进行实验，采集加速度振动响应信号；

步骤(1.1)：将左侧梁4与右侧梁8通过螺栓2与螺母3的设定预紧力Pi连接成单螺栓连接梁；

步骤(1.2)：单螺栓连接梁的左侧梁4与右侧梁8分别使用第一弹性绳1和第二弹性绳10将其悬挂起来模拟自由态；使用激振器5对左侧梁4固定激励位置施加j次冲击激励；