碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP）具有“比鋼強(qiáng)比鋁輕”的特點(diǎn),是目前最受重視的先進(jìn)復(fù)合材料之一。在實(shí)際工程應(yīng)用中,螺栓連接具有承載能力大,便于拆裝等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于CFRP連接結(jié)構(gòu),其螺栓連接狀態(tài)直接影響到結(jié)構(gòu)運(yùn)行性能。因此,對(duì)螺栓連接狀態(tài)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)和早期連接狀態(tài)識(shí)別顯得尤為重要�；谀B(tài)分析的動(dòng)力檢測(cè)方法是一種全局檢測(cè)方法,具有單點(diǎn)測(cè)量全局檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn),這對(duì)CFRP這類(lèi)多螺栓連接結(jié)構(gòu)的連接狀態(tài)檢測(cè)具有顯著的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)建立螺栓結(jié)合面連接剛度模型和高精度的CFRP有限元分析模型的方法研究螺栓預(yù)緊力對(duì)固有頻率的影響特性,并結(jié)合RBF人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法分步實(shí)現(xiàn)松動(dòng)螺栓定位和預(yù)緊力定量辨識(shí),論文完成的主要工作包括:（1）螺栓結(jié)合面連接剛度特性動(dòng)力學(xué)建模理論分析。基于螺栓結(jié)合面接觸剛度分形理論,針對(duì)CFRP材料分析計(jì)算螺栓預(yù)緊力對(duì)螺栓結(jié)合面接觸剛度的作用規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步討論基于虛擬材料層模型的螺栓結(jié)合面連接剛度建模方法。（2）螺栓預(yù)緊力對(duì)虛擬材料層模型參數(shù)的影響特性分析。討論螺栓預(yù)緊力對(duì)虛擬材料層模型幾何參數(shù)和物... 

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中華航空120號(hào)班機(jī)空難

基于模態(tài)分析和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的CFRP搭接板螺栓松動(dòng)識(shí)別方法研究4基于聲彈性原理的螺栓預(yù)緊力檢測(cè)是一種最為普遍的超聲檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)螺栓連接松動(dòng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致螺栓內(nèi)部應(yīng)力下降，而應(yīng)力變化會(huì)對(duì)超聲波傳播速度產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致超聲波在螺栓中飛行時(shí)間發(fā)生變化[18]。實(shí)驗(yàn)證明，在彈性應(yīng)變范圍內(nèi)，軸向應(yīng)力與超聲波飛行時(shí)間近似呈現(xiàn)一階線性關(guān)系[19]。因此，通過(guò)測(cè)量超聲波螺栓中輸入波和反射波的時(shí)間差，即超聲波在螺栓中的飛行時(shí)間，就可以對(duì)螺栓預(yù)緊松動(dòng)狀態(tài)加以識(shí)別，該過(guò)程的具體工作原理如圖1.2所示。圖1.2聲彈性原理預(yù)緊力檢測(cè)工作原理圖目前，基于聲彈性原理的螺栓預(yù)緊力檢測(cè)技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，北京工業(yè)大學(xué)何存富等[20]為了解決溫度因素對(duì)螺栓緊固應(yīng)力超聲測(cè)量影響，提出了對(duì)于溫度的修正方法，獲得了螺栓預(yù)緊力測(cè)量過(guò)程中溫度修正曲線，并證明了在溫度影響情況下，縱橫波相結(jié)合方法優(yōu)于縱波測(cè)量法；北京理工大學(xué)徐春廣等[21]為了解決螺栓在低載荷和高載荷情況下栓體軸向應(yīng)力測(cè)量系數(shù)不同問(wèn)題，分類(lèi)討論了高、低應(yīng)力載荷條件下應(yīng)力測(cè)量系數(shù)計(jì)算辦法，使得螺栓軸向應(yīng)力測(cè)量實(shí)際結(jié)果與理論值平均誤差小于2.9367%。中國(guó)工程物理研究院韓玉強(qiáng)等[22]分析了諸多因素對(duì)聲彈性法測(cè)量影響特性，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲時(shí)差與應(yīng)力呈線性關(guān)系，彈性模量、泊松比以及螺栓長(zhǎng)度決定聲彈性系數(shù)，不同應(yīng)力非均勻區(qū)占比的螺栓應(yīng)力測(cè)量誤差相同，螺栓反復(fù)拉伸對(duì)聲彈性螺栓應(yīng)力測(cè)量誤差存在影響�；诼晱椥栽淼穆菟ㄋ蓜�(dòng)檢測(cè)技術(shù)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)快速精確的識(shí)別螺栓的松動(dòng)狀態(tài)，但是由于飛行時(shí)間識(shí)別精度很高，需要達(dá)到納秒級(jí)別，因此只有專(zhuān)用的精密儀器才能達(dá)到精度要求，這就導(dǎo)致識(shí)別成本較高，很難在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用。（2）基于能量散射原理的螺栓松動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

濟(jì)南大學(xué)碩士學(xué)位論文5情況下，隨著螺栓預(yù)緊力增大，螺栓結(jié)合面的微凸體的接觸面積增大，導(dǎo)致整個(gè)螺栓結(jié)合面的接觸面積增大[23]。當(dāng)超聲波通過(guò)螺栓結(jié)合面時(shí)，接觸表面的連接狀況會(huì)導(dǎo)致波信號(hào)發(fā)生透射和反射等能量耗散耗散現(xiàn)象，該過(guò)程的具體原理如圖1.3所示。因此，通過(guò)分析透射波和反射波信號(hào)特性，可以對(duì)螺栓松動(dòng)加以識(shí)別。圖1.3超聲波在螺栓結(jié)合面?zhèn)鞑ヌ匦杂捎谕干洳ㄅc螺栓結(jié)合面的連接狀態(tài)存在密切關(guān)系，基于透射波螺栓預(yù)緊力研究得到了廣泛關(guān)注。武漢科技大學(xué)王濤等[24]基于螺栓結(jié)合面實(shí)際輪廓特性建立限元模型，研究超聲波通過(guò)螺栓連接界面的耗散特性，研究發(fā)現(xiàn)聲波能量耗散與螺栓預(yù)緊力呈現(xiàn)反比關(guān)系，波能界面耗散隨著螺栓預(yù)緊力的增大而單調(diào)減小，但當(dāng)螺栓預(yù)緊力增大到一定程度以后，能量耗散現(xiàn)象變化趨于平穩(wěn)。西北工業(yè)大學(xué)杜飛等[25]以透射波信號(hào)均方根偏差作為預(yù)緊力表征指標(biāo)進(jìn)行法蘭螺栓松動(dòng)檢測(cè)研究，研究發(fā)現(xiàn)，響應(yīng)信號(hào)的幅值隨著螺栓預(yù)緊力的減小而減小，當(dāng)存在1個(gè)或2個(gè)螺栓松動(dòng)時(shí)，與松動(dòng)螺栓最近的壓電片響應(yīng)的均方根偏差最大，且螺栓松動(dòng)的數(shù)目及位置會(huì)對(duì)壓電片陣列的均方根偏差值及分布產(chǎn)生影響。廈門(mén)大學(xué)Liang等[26]為實(shí)現(xiàn)解決多螺栓松動(dòng)識(shí)別問(wèn)題，引入分類(lèi)和決策概念，并試驗(yàn)證明了該方法對(duì)螺栓定位問(wèn)題的準(zhǔn)確性。1.3.2基于壓電阻抗的螺栓松動(dòng)檢測(cè)技術(shù)壓電阻抗法是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)損檢測(cè)方法，該方法基于壓電材料（簡(jiǎn)稱(chēng)PZT）的正逆壓電效應(yīng)，使得其既可以作為驅(qū)動(dòng)器，又可以作為傳感器。將壓電材料粘貼于被測(cè)結(jié)構(gòu)表面，當(dāng)給壓電材料施加高頻激勵(lì)信號(hào)后，壓電材料將會(huì)帶動(dòng)被測(cè)物產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)包含被測(cè)物動(dòng)力學(xué)特性（剛度、阻尼等）的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)又會(huì)反過(guò)來(lái)作用于壓電材料，導(dǎo)致壓電材料的反饋電


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