基于光纤光栅螺栓松转角测量的螺栓联接状态监测方法

针对大型结构中螺栓联接件用量多、分布跨度大、松动难以监测的问题,提出一种基于光纤光栅传感的螺栓松动监测方法,利用光纤光栅传感器监测螺栓松动过程中松转角的变化,进而实现对螺栓联接状态的监测。设计了一种适用于分布式多螺栓的级联式FBG螺栓联接状态监测传感器装置,采用光纤接头实现分布式多螺栓联接。通过理论计算分析,得到波长偏移与松转角的理论关系,确定最佳角度测量区间,建立进行螺栓松转角监测的实验装置。结果表明,传感器在45°~65°范围内存在很好的线性关系和灵敏度,波长偏移与松转角的灵敏度为108.11 pm/°,最小能测量0.38°的螺栓松转角度变化。作为螺栓松动监测的新方法,所提方法对实现大型结构中螺栓联接件分布式监测具有重大意义。

基于螺栓头部端面应变状态的螺栓松动检测研究

针对螺栓联接结构中的松动问题,提出了一种通过测量螺栓头部径向应变进而确定螺栓预紧力的方法。采用有限单元法分析了受不同预紧力作用下螺栓头部端面的应变状态,发现端面径向应变与所受预紧力之间存在较好的线性关系;并进一步对不同工况下的预紧力检测效果进行分析,发现螺栓在受到四种不同因素的影响下两者仍具有很好的线性关系。因此,可通过检测螺栓头部端面的径向应变,实现螺栓联接状态(表现为预紧力大小)的检测。设计了径向应变片,并制作了集成应变片的螺栓传感器,进行了实验研究。实验结果表明,螺栓头部端面径向应变与预紧力变化的线性关系明显,与有限元分析结果一致,说明所提出的方法和所设计的传感器能有效检测螺栓预紧力大小,进而实现对螺栓联接状态的检测,可作为螺栓联接结构健康检测的一种新途径。