基于虚拟材料模型的螺栓松动预测研究

作者：陈帅,谢迎春,刘贵杰,等. 日期：2023-07-18/span> 浏览：369 查看PDF文档

摘要:螺栓连接在风力发电机等复杂装备中得到了广泛应用。设备的工作载荷及机械振动会引起螺栓松动,导致螺栓连接失效,严重影响设备的正常运行。为此,以海上风力发电机塔筒连接螺栓为研究对象,建立了螺栓结合面连接刚度模型,进行了塔筒法兰连接螺栓的松动状态预测研究。首先,建立了螺栓结合面刚度,通过虚拟材料模型对其进行了表征,探究了预紧力对虚拟材料层模型的影响特性,为有限元模型提供了参数;然后,通过力锤实验,并结合实测数据建立了高精度的有限元模型;最后,通过法兰连接件的前10阶扭转、弯曲固有频率,以任意两阶模态的频率变化平方比、预紧力变化前后频率相对变化比分别作为螺栓定位、定量指标,进行了螺栓松动预测。研究结果表明:随着预紧力的增加,固有频率呈现逐渐增大的趋势,但灵敏度稍有下降;通过对螺栓松动测试结果的统计可得,螺栓松动定位识别精度达到95.24%;单、多螺栓预紧力下降程度定量精度分别为93.4%、90.2%;基于虚拟材料模型的螺栓松动预测方法具备精度高、通用性强的特点,可为螺栓连接的数字孪生实时监测提供重要参考。

关键词:螺栓连接失效;松动定位识别;锤击实验;虚拟材料特性;结合面刚度模型;预紧力;固有频率

中图分类号:TH131.3文献标识码:A文章编号:1001-4551(2023)05-0699-08

本文引用格式:

陈帅,谢迎春,刘贵杰,等.基于虚拟材料模型的螺栓松动预测研究［J］.机电工程,2023,40(5):699-706.

CHEN Shuai, XIE Ying-chun, LIU Gui-jie, et al. Bolt loosening prediction method based on virtual material model［J］.Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2023,40(5):699-706.