Page 50 - 无损检测2022年第九期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202209004

基于柔性压电材料传感器的法兰螺栓松动检测

沈意平 , 翁 晶 , 刘 翊 , 蒋 帅 1 , 4 , 阳雪兵 3
2
1
1

( 1. 湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室, 湘潭 411201 ;

2. 中车株洲电力机车有限公司, 株洲 412001 ;

3. 哈电风能有限公司, 湘潭 411104 ; 4. 湖南铁道职业技术学院 智能制造学院, 株洲 412001 )

摘 要:采用柔性压电复合材料传感器进行法兰螺栓松动检测, 研究 PZT 粒径对复合材料压

-1 。采用柔性复合材
达到 117mV · N
电和介电性能的影响。制备的复合材料压电电压常数 g 33
料传感器接收单个和多个螺栓在不同松动程度下的超声波, 获得超声波透射信号首达波幅值随螺
栓松动变化规律。结果表明, 随着单个法兰螺栓松动程度加剧, 超声波透射信号首达波幅值减小;
法兰螺栓在相同预紧力矩情况下, 超声波透射信号首达波幅值随着螺栓松动个数增加而减小。研
究可为法兰螺栓松动定量检测提供理论依据。
关键词:法兰螺栓松动; 压电复合材料; PZT 粒径; 超声波首达波幅值; 预紧力矩

中图分类号: TH878 ; TB551 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 09-0016-06

Flan g eboltloosenessdetectionbasedonflexible p iezoelectricmaterialsensor
,

1 , 4
2
1
SHENYi p in g 1 , WENGJin g LIUYi , JIANGShuai , YANGXuebin g 3

( 1.HunanProvincialKe yLaborator yofHealth MaintenanceforMechanicalE q ui p ment ,

HunanUniversit yofScienceandTechnolo gy , Xian g tan411201 , China ;

2.CRRCZhuzhouElectricLocomotiveCo. , Ltd. , Zhuzhou412001 , China ;

3.Hadian WindEner gyCo. , Ltd. , Xian g tan411104 , China ;

4.SchoolofIntelli g entManufacturin g , HunanRailwa yProfessionalTechnolo gyColle g e , Zhuzhou412001 , China )

Abstract : Flan g eboltloosenin gcanbedetectedb yusin gtheflexiblep iezoelectriccom p ositesensor.Theeffect

ofPZTp articlesizeonthep iezoelectricanddielectricp ro p ertiesofthecom p ositeswasex p erimentall y studied.The

-1
p iezoelectricvolta g econstantg 33 ofthep re p aredcom p ositesreached117 mV · N .Theflexiblecom p osite

materialsensorwasusedtoreceiveultrasonicwaveswithdifferentloosenin gde g reesofsin g leand multi p lebolts ,

andthevariationlawofthefirstarrivalwaveam p litudeoftheultrasonictransmissionsi g nalwiththeloosenin gof

theboltswasobtained.Theex p erimentalresultshaveshownthatastheloosenin gde g reeofasin g leflan g ebolt

increases , theam p litudeofthefirstarrivalwaveoftheultrasonictransmissionsi g naldecreases.Underthesame

p re-ti g htenin g tor q ueofflan g ebolts , thefirstarrivalwaveam p litudeofultrasonictransmissionsi g naldecreases

withtheincreaseofthenumberofloosebolts , whichshall p rovideatheoreticalbasisforq uantitativedetectionof

flan g eboltlooseness.

Ke ywords : flan g eboltloose ; p iezoelectriccom p osite ; PZTp articlesize ; ultrasonicwaveam p litudeatfirst ; p re-

ti g htenin g tor q ue
法兰螺栓连接是风电机组分段塔筒的连接方
收稿日期: 2022-02-14
基金项目: 湖南创新型省份建设专项经费资助项目( 2019RS2062 , 式, 在随机风载作用下塔筒振动容易导致螺栓松动,
2020RC3049 ); 湖 南 省 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 ( 2020JJ6029 ,
进而影响整机运行的可靠性和安全性, 甚至引发风
2021JJ60007 , 2022JJ30260 ); 湖南省教育厅重点项目( 21A0310 )
电机组倒塌事故 [ 1-2 ] 。目前螺栓松动检测方法主要
作者简介: 沈意平( 1981- ), 女, 博士, 教授, 研究方向为新型压
电传感技术、 结构健康监测 有振动法、 机电阻抗法和超声波法 [ 3 ] 。传统的振动
法中, 风电塔筒固有频率等振动特性对法兰螺栓松
通信作者: 沈意平, y i p in g 1011@163.com
6
1
2022 年 第 44 卷 第 9 期

无损检测