基于壓電主動傳感技術(shù)的螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測傳感器研究.pdf

1、螺栓聯(lián)接狀態(tài)改變會引發(fā)聯(lián)接設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障，以致造成經(jīng)濟(jì)損失甚至人身傷害，因此對螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測具有重要意義。本文利用壓電主動傳感技術(shù)結(jié)合超聲波在接觸界面的傳播特性，設(shè)計(jì)了一種可監(jiān)測螺栓聯(lián)接狀態(tài)的墊片型傳感器，并對其涉及到的原理、設(shè)計(jì)方法以及適用性進(jìn)行了研究。本文的主要研究內(nèi)容:
　　1)結(jié)合壓電主動傳感法、赫茲接觸理論、超聲波在接觸界面的傳播特性以及時(shí)間反演法，推導(dǎo)出螺栓聯(lián)接界面接觸面積、通過接觸面的超聲波能量與螺栓預(yù)緊

2、力三者之間的關(guān)系，得出超聲波反演聚焦信號峰值（透射波能量）隨螺栓預(yù)緊力單調(diào)變化的結(jié)論。
　　2)基于壓電主動傳感技術(shù)設(shè)計(jì)了一種宏觀接觸面積可控的墊片型傳感器，用以監(jiān)測螺栓聯(lián)接狀態(tài)（表現(xiàn)為預(yù)緊力大?。?。確定了墊片型傳感器的設(shè)計(jì)方法，分析了影響接觸面積的相關(guān)因素，結(jié)果表明，通過合理選擇尺寸參數(shù)，墊片型傳感器可適用于監(jiān)測不同型號、不同預(yù)緊力的螺栓。
　　3)通過建立有限元模型，模擬了超聲波在墊片型傳感器接觸界面的傳播過程，以及獲取

3、了超聲波的能量信息，得到超聲波透過接觸面積的能量與螺栓預(yù)緊力間的關(guān)系。從數(shù)值分析上驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的墊片型傳感器的有效性，為實(shí)驗(yàn)分析奠定了基礎(chǔ)。
　　4)搭建了實(shí)驗(yàn)平臺，對所設(shè)計(jì)的墊片型傳感器監(jiān)測螺栓聯(lián)接狀態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚焦信號的峰值與螺栓預(yù)緊力的關(guān)系曲線變化明顯，聚焦信號峰值隨著預(yù)緊力的增大而增大，所設(shè)計(jì)的傳感器能有效監(jiān)測螺栓聯(lián)接狀態(tài)。本文提出的基于壓電主動傳感技術(shù)的墊片型傳感器在螺栓聯(lián)接狀態(tài)監(jiān)測方面具有很好的應(yīng)用前