一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法及其系统技术方案

一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法，包括如下步骤：标定、设置工况、模态实验、数据分析。还包括使用本发明专利技术方法的系统，包括试件用细绳悬挂，呈自由下垂状态；试件的表面上下均匀排列若干个加速度传感器，加速度传感器通过数据传输线连接模态分析仪的输入端，模态分析仪的输出端连接计算机系统的输入端；用于敲击试件的力锤上设有力传感器，力传感器通过数据线连接模态分析仪的输入端。

【技术实现步骤摘要】
一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法及其系统
本专利技术涉及一种无损检测方法，尤其是涉及一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法。
技术介绍
螺栓连接是工程中大量使用的装配形式。在受力、振动等环境因素的作用下，螺栓很可能会发生松动，这样不但会影响连接结构的正常使用，严重时还会导致安全事故的发生。因此针对螺栓松动的无损检测方法一直受到研究者的关注。在现有技术中，对于一些大型法兰螺栓连接结构的检测技术一般可分为局部检测和整体检测。局部检测针对的是具体的结构构件，如X光射线探伤、磁粉探伤、超声波探伤、渗透探伤、涡流探伤等方法，这些检测方法通常需要接触被测构件，在结构目标明确时较常使用，但是局部检测方法工作复杂，花费比较高，无法对大型复杂结构或者事先无法预测损伤位置的结构进行全面检查；整体检测方法可以分为静力检测方法和动力检测方法。传统的静力检测方法是对结构进行静载实验，测出与结构性能相关的静力参数，如变形、挠度、应变、裂缝等，但是静力试验耗时耗力；动力检测方法主要是对被检测结构与标准结构进行对比，一旦测试结构不同于标准结构，就会在动力指纹上显示出来，主要包括频率、振型、柔度、应变、功率谱、频率响应系数等。虽然，现有技术中已经有多种无损检测方法，但是各种检测方法都有它的适用范围和局限性，因此需要发展一种新型无损检测方法来评估法兰紧固螺栓连接的实际状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法，并成功应用于法兰紧固螺栓检测领域。一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法，包括如下步骤：步骤1，标定，具体包括：11.在标定试件的正面并沿着该标定试件的表面上下均匀排列八个加速度传感器，标记每个传感器的编号；12.所述的试件用柔性绳悬挂于悬架上，避免与地面接触，使试件处于自由下垂状态；13.所述的力锤由锤头、锤帽、锤把、以及力传感器组成，在标定试件的正面或者背面采用力锤对标定试件一个或者多个位置锤击标定试件；14.各加速度传感器拾取所述力锤对所述标定试件的所述一个位置或者多个位置所实施的锤击动作而产生的敲击信号，所述的加速度传感器将力锤敲击信号转换为电信号，并将信号送入模态分析仪；15.模态分析仪将所述的电信号经过放大、滤波以及对应的模态提取后送入计算机处理系统；16.所述的计算机系统及分析软件建立测量点的模型，对所述的信号分别处理形成对应的响应函数和响应稳态图，根据模态稳态图选择相应的模态频率进行对比分析论证；步骤2.设置工况将工况设置为七种：工况1是所有的24颗螺栓全部拧紧(预紧力为额定值)；工况2是按顺时针顺序1个螺栓预紧力降为零，其他23个拧紧；工况3是按顺时针顺序4个螺栓预紧力降为零，其他20个拧紧；工况4是按顺时针顺序8个螺栓预紧力降为零，其他16个拧紧；工况5按顺时针顺序12个螺栓预紧力降为零，其余12个拧紧；工况6是按顺时针顺序16个螺栓预紧力降为零，其余8个拧紧；工况7按顺时针顺序20个螺栓预紧力降为零，其余4个拧紧。步骤3，模态实验，具体包括31.用所述的力锤敲击试件，由所述的全部加速度传感器分别测量出工况1到工况7所有的模态信号，由所述的全部传感器将模态信号传输到模态分析仪中，由所述的模态分析仪处理相应的信号，将所述处理过的模态信号送入所述的计算机系统及分析软件中；32.用所述的力锤在同一个位置多次敲击试件，由所述的某一个加速度传感器分别测量出工况1到工况7所有的模态信号，由所述的某一个加速度传感器将模态信息传输到模态分析仪中，由所述的模态分析仪处理相应的信号，将所述的模态信号送入所述的计算机系统及分析软件中；步骤4.数据分析，具体包括41.由所述的第一步模态实验得到的各个工况下所有传感器的模态信号在各个工况下的模态响应曲线，通过对比分析不同工况下所有测试点的模态响应曲线变化情况和试件固有模态，分析该试件结构是否已经已经产生松动；42.由所述的第二步模态实验得到的各个工况下所述的某一个传感器的模态信号，得到该测点在不同工况下的模态响应曲线，当松动螺栓的数量不断增加时该传感器的模态响应曲线会出现变化，每种工况与工况1相比较时，在特定频率附近处会出现突变，表明结构的特性发生了变化，由此可以推知松动已经发生；43.单独分析由所述的每种工况中未松动螺栓处和松动螺栓处加速度传感器的各个响应情况，均会发现在螺栓出现松动时各个测点不同的频率响应，从而初步发现螺栓出现松动；44.分析所述的不同工况下相同敲击位置两个测点的模态响应曲线，从而反推出螺栓松动发生的部位。本专利技术方法所用的系统，包括试件3用细绳2悬挂，呈自由下垂状态；试件的表面上下均匀排列若干个加速度传感器6，加速度传感器6通过数据传输线7连接模态分析仪8的输入端，模态分析仪8的输出端连接计算机系统9的输入端；用于敲击试件3的力锤5上设有力传感器4，力传感器4通过数据线连接模态分析仪8的输入端。锤击工件使其产生对应的振动，以按一定分布方式排列的多个加速度传感器来拾取工件模态信号变化，通过对不同螺栓松动工况下法兰盘螺栓连接结构的模态仿真与模态实验，提出基于连接结构模态变化和测点模态响应不同来识别法兰紧固螺栓松动的产生，从而为螺栓无损检测领域增添了一种新的无损检测方法。本专利技术有益效果是：本专利技术使用特殊的力锤锤击法兰试件从而产生相应的振动，以按一定分布方式排列的多个加速度传感器来拾取工件模态信号，对不同螺栓松动工况下法兰盘螺栓连接结构进行模态仿真、模态实验与模态分析，根据连接结构频率变化和测点频率响应不同来识别松动的产生。该无损检测方法通过特殊力锤敲击试件，测试方法简单易操作，且对工件不产生损伤，能够广泛适应各种法兰紧固螺栓结构；不仅能够初步判定螺栓结构出现松动，而且还能初步确定松动的大致位置，为后续的检修工作提供了一定的理论基础，从而为螺栓无损检测领域增添了一种新的无损检测方法。附图说明图1是本专利技术的无损检测方法实验装置；图2是本专利技术的加速度传感器布置图；图3是工况设置示意图，其中图3a～图3g依次对应工况1～7，其中中心涂黑的表示螺栓预紧力降为零；图4是本专利技术的模态参数诊断识别故障流程图。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的技术方案。一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法，包括如下步骤：步骤1，标定，具体包括：11.在标定试件的正面并沿着该标定试件的表面上下均匀排列八个加速度传感器，标记每个传感器的编号；12.所述的试件用柔性绳悬挂于悬架上，避免与地面接触，使试件处于自由下垂状态；13.所述的力锤由锤头、锤帽、锤把、以及力传感器组成，在标定试件的正面或者背面采用力锤对标定试件一个或者多个位置锤击标定试件；14.各加速度传感器拾取所述力锤对所述标定试件的所述一个位置或者多个位置所实施的锤击动作而产生的敲击信号，所述的加速度传感器将力锤敲击信号转换为电信号，并将信号送入模态分析仪；15.模态分析仪将所述的电信号经过放大、滤波以及对应的模态提取后送入计算机处理系统；16.所述的计算机系统及分析软件建立测量点的模型，对所述的信号分别处理形成对应的响应函数和响应稳态图，根据模态稳态图选择相应的模态频率进行对比分析论证；步骤2.设置工况将工况设置为七种：工况1是所有的24颗螺栓全部拧紧(预紧力为额定值)；工况2是按顺时针顺序1个螺栓预紧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法，包括如下步骤：步骤1，标定，具体包括：11.在标定试件的正面并沿着该标定试件的表面上下均匀排列八个加速度传感器，标记每个传感器的编号；12.所述的试件用柔性绳悬挂于悬架上，避免与地面接触，使试件处于自由下垂状态；13.所述的力锤由锤头、锤帽、锤把、以及力传感器组成，在标定试件的正面或者背面采用力锤对标定试件一个或者多个位置锤击标定试件；14.各加速度传感器拾取所述力锤对所述标定试件的所述一个位置或者多个位置所实施的锤击动作而产生的敲击信号，所述的加速度传感器将力锤敲击信号转换为电信号，并将信号送入模态分析仪；15.模态分析仪将所述的电信号经过放大、滤波以及对应的模态提取后送入计算机处理系统；16.所述的计算机系统及分析软件建立测量点的模型，对所述的信号分别处理形成对应的响应函数和响应稳态图，根据模态稳态图选择相应的模态频率进行对比分析论证；步骤2.设置工况将工况设置为七种：工况1是所有的24颗螺栓全部拧紧(预紧力为额定值)；工况2是按顺时针顺序1个螺栓预紧力降为零，其他23个拧紧；工况3是按顺时针顺序4个螺栓预紧力降为零，其他20个拧紧；工况4是按顺时针顺序8个螺栓预紧力降为零，其他16个拧紧；工况5按顺时针顺序12个螺栓预紧力降为零，其余12个拧紧；工况6是按顺时针顺序16个螺栓预紧力降为零，其余8个拧紧；工况7按顺时针顺序20个螺栓预紧力降为零，其余4个拧紧。步骤3，模态实验，具体包括31.用所述的力锤敲击试件，由所述的全部加速度传感器分别测量出工况1到工况7所有的模态信号，由所述的全部传感器将模态信号传输到模态分析仪中，由所述的模态分析仪处理相应的信号，将所述处理过的模态信号送入所述的计算机系统及分析软件中；32.用所述的力锤在同一个位置多次敲击试件，由所述的某一个加速度传感器分别测量出工况1到工况7所有的模态信号，由所述的某一个加速度传感器将模态信息传输到模态分析仪中，由所述的模态分析仪处理相应的信号，将所述的模态信号送入所述的计算机系统及分析软件中；步骤4.数据分析，具体包括41.由所述的第一步模态实验得到的各个工况下所有传感器的模态信号在各个工况下的模态响应曲线，通过对比分析不同工况下所有测试点的模态响应曲线变化情况和试件固有模态，分析该试件结构是否已经已经产生松动；42.由所述的第二步模态实验得到的各个工况下所述的某一个传感器的模态信号，得到该测点在不同工况下的模态响应曲线，当松动螺栓的数量不断增加时该传感器的模态响应曲线会出现变化，每种工况与工况1相比较时，在特定频率附近处会出现突变，表明结构的特性发生了变化，由此可以推知松动已经发生；43.单独分析由所述的每种工况中未松动螺栓处和松动螺栓处加速度传感器的各个响应情况，均会发现在螺栓出现松动时各个测点不同的频率响应，从而初步发现螺栓出现松动；44.分析所述的不同工况下相同敲击位置两个测点的模态响应曲线，从而反推出螺栓松动发生的部位。...

【技术特征摘要】
1.一种法兰紧固螺栓松动无损检测方法，包括如下步骤：步骤1，标定，具体包括：11.在标定试件的正面并沿着该标定试件的表面上下均匀排列八个加速度传感器，标记每个传感器的编号；12.所述的试件用柔性绳悬挂于悬架上，避免与地面接触，使试件处于自由下垂状态；13.所述的力锤由锤头、锤帽、锤把、以及力传感器组成，在标定试件的正面或者背面采用力锤对标定试件一个或者多个位置锤击标定试件；14.各加速度传感器拾取所述力锤对所述标定试件的所述一个位置或者多个位置所实施的锤击动作而产生的敲击信号，所述的加速度传感器将力锤敲击信号转换为电信号，并将信号送入模态分析仪；15.模态分析仪将所述的电信号经过放大、滤波以及对应的模态提取后送入计算机处理系统；16.所述的计算机系统及分析软件建立测量点的模型，对所述的信号分别处理形成对应的响应函数和响应稳态图，根据模态稳态图选择相应的模态频率进行对比分析论证；步骤2.设置工况将工况设置为七种：工况1是所有的24颗螺栓全部拧紧(预紧力为额定值)；工况2是按顺时针顺序1个螺栓预紧力降为零，其他23个拧紧；工况3是按顺时针顺序4个螺栓预紧力降为零，其他20个拧紧；工况4是按顺时针顺序8个螺栓预紧力降为零，其他16个拧紧；工况5按顺时针顺序12个螺栓预紧力降为零，其余12个拧紧；工况6是按顺时针顺序16个螺栓预紧力降为零，其余8个拧紧；工况7按顺时针顺序20个螺栓预紧力降为零，其余4个拧紧。步骤3，模态实验，具体包括31.用所述的力锤敲击试件，由所述的全部加速度传感器分别测量出工况1到工况7所有的模态信号，由所述的全部传感器将模态信号传输到模态分析仪中，由所述的模态分析仪处理相应的信号，将所述处理过的模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国达，陈洋，曹慧强，计时鸣，郗枫飞，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33