一种基于压阻传感效应的螺栓松动监测装置及其识别方法研究

作     者：刘学智 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李万润

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：风电结构 法兰螺栓 连接松动 压阻效应 松动监测 

摘      要：法兰螺栓对于水平轴锥筒式风电结构整体性起到关键的连接作用,其连接可靠性是保障风电结构长期服役性能的关键。螺栓连接松动损伤问题目前已经成为导致风电结构性故障和风电运维安全事故以及成本上升的重要原因之一,现有的人工定检运维方法不仅费时费力,而且具有较大安全风险性。因此,目前亟需提出一种高效的的法兰螺栓松动识别与在线监测方法。随着先进传感技术的不断发展,结构健康监测的发展日益趋于精准化,智能材料的不断涌现为结构损伤识别提供了崭新的解决途径,基于先进传感技术研制灵敏度高的监测装置或检测仪器是解决螺栓松动识别与监测问题的重要切入点和研究方向。本文基于压阻传感效应展开螺栓连接松动的识别与监测研究,主要研究内容可概括为如下三个方面:（1）将压阻传感机理与螺栓临界松动特征相结合,提出一种基于压阻效应的监测装置即压阻松动监测装置。按照传感器研制的基本思路加工和制作了压阻松动监测装置的各组成部分,优化了各组成部分的基本参数和功能;对压阻松动监测装置的螺栓松动识别效果进行了试验验证,并对试验数据进行分析,得到电导-松动扭矩之间的基本关系,并以电导参数变化来识别松动扭矩衰减;对压阻松动监测装置用于法兰螺栓连接松动的识别结果的离散性进行了试验研究,从而保证装置识别结果的稳定性。（2）为提高法兰螺栓群松动松动检测的效率,提出了基于压阻松动监测装置多点触发机制的快速检测方法。基于并联压阻松动监测装置的方式实现多点触发机制,并通过总电导值变化判断是否有螺栓松动,进而实现螺栓非阈值松动的快速检测,再利用二分/三分检测区域的方法缩小检测范围,实现松动螺栓的快速定位;通过设计一种包含继电器的串联电阻电路,利用电路控制板实现继电器阈值通断控制,并建立了不同组合下的分组、螺栓编号以及不同分组的阻值之间的关系,即可快速确定阈值松动螺栓的编号、数量,并提出通过分组串联的方式解决由于螺栓数量较多的情况下螺栓分组组合较多对该方法的实际应用的限制问题。（3）提出了一种基于Elman神经网络的法兰螺栓松动的时序预测方法,并通过训练后的网络模型对螺栓松动趋势进行时序预测分析;基于物联网技术和区域分布传感理念,搭建了风电法兰螺栓松动监测系统,该系统由传感器子系统等五个子系统组成;通过RFID技术实现了法兰螺栓松动非接触式标记方法,辅助检测人员实现法兰螺栓的松动检修的智慧化检修,为提升风电运维水平提供参考。