基于壓電主動傳感的螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測機理與方法研究.pdf

1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringStudyonMechanismandMethodofBoltConnectionStatusMonitoringBasedonPiezoelectricActiveSensingPhDCandidate：LiuShaopengMa

2、jor：MechanicalDesignandTheorySupervisor：ProfessorLiYourongWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan，Hubei430081，PRChinaMay2016摘要螺栓聯(lián)接廣泛應(yīng)用于機械、化工、交通、電力、航空、土木等行業(yè)的各類設(shè)備和結(jié)構(gòu)中，一方面用于聯(lián)接可拆卸部件，另一方面在很多情況下也用于傳遞零部件間的載荷，其聯(lián)接狀態(tài)(表現(xiàn)為軸向預(yù)緊力)直

3、接關(guān)系到整個設(shè)備或結(jié)構(gòu)工作的可靠性和安全性。因此對螺栓的聯(lián)接狀態(tài)進行實時有效地監(jiān)測，對于保障結(jié)構(gòu)安全、避免重大安全事故具有重大意義和應(yīng)用價值。論文根據(jù)對超聲波在螺栓聯(lián)接界面?zhèn)鞑ヌ匦缘姆治?，揭示了超聲波能量在螺栓?lián)接界面的傳遞機理；通過對螺栓聯(lián)接界面表面微觀特征分形和接觸特性的研究，確立了螺栓聯(lián)接界面實際接觸面積與預(yù)緊力之間的關(guān)系；基于壓電主動傳感的方式，采用能量法、時間反演法和頻率跟蹤法對螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測進行了研究。論文所做的主要工作如

4、下：(1)螺栓聯(lián)接界面表面微觀特性與接觸研究考察了分形參數(shù)對傳統(tǒng)粗糙度參數(shù)的影響，探討了分形維數(shù)與傳統(tǒng)粗糙度參數(shù)存在的聯(lián)系，證實分形維數(shù)可以用來表征工程粗糙面的粗糙程度。從接觸點(即微凸體)的彈性變形、彈塑性變形及全塑形變形出發(fā)，建立了螺栓聯(lián)接界面實際接觸面積分形模型。隨著接觸總載荷的增加，實際接觸面積也相應(yīng)增加；在相同載荷下，表面越光滑，實際接觸面積越大。這為揭示超聲波能量在螺栓聯(lián)接界面的傳遞機理提供了理論基礎(chǔ)。(2)螺栓聯(lián)接界面超聲

5、透射波能量傳遞模型研究利用反射定律和折射定律建立了螺栓聯(lián)接界面超聲透射波能量傳遞模型，該模型表示出超聲透射波能量、實際接觸面積和預(yù)緊力三者之間的關(guān)系。當(dāng)一個分形表面與一個理想平面接觸時，隨著預(yù)緊力的增加，實際接觸面積增加，接收到的超聲透射波信號能量也隨之增大。這一結(jié)論揭示了超聲波能量在螺栓聯(lián)接界面的傳遞機理。(3)基于能量法的螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測研究超聲透射波響應(yīng)信號能量與預(yù)緊扭矩有較好的相關(guān)性，但螺栓聯(lián)接界面表面粗糙度對響應(yīng)信號能量變化趨