(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110118391.7 (22)申请日 2021.01.28 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112945449 A (43)申请公布日 2021.06.11 (73)专利权人 山东大学 地址 250061 山东省济南市历下区经十路 17923号 (72)发明人 姜明顺　孙玲玉　秦小舒　张法业　 张雷　隋青美　贾磊　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 董雪 (51)Int.Cl. G01L 5/24(2006.01) G01L 5/00(2006.01) G01N 29/04(2006.01)G01N 29/12(2006.01) G01N 29/24(2006.01) G01N 29/42(2006.01) G01N 29/34(2006.01) G01N 29/44(2006.01) G01N 29/46(2006.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06K 9/00(2022.01) (56)对比文件 CN 10476480 5 A,2015.07.08 CN 111536994 A,2020.08.14 CN 111442869 A,2020.07.24 US 2017089 963 A1,2017.0 3.30 US 2012134238 A1,2012.0 5.31 CN 103940910 A,2014.07.23 CN 1081693 30 A,2018.0 6.15 审查员 孙溪 (54)发明名称 一种复合材料螺栓连接结构早期松动评估 方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种复合材料螺栓连接结构 早期松动评估方法及系统， 包括： 获取复合材料 螺栓连接结构超声波响应的二阶非线性系数及 边带非线性系数； 搭建非线性超声监测系统， 确 定最佳响应频率及声调制信号参数； 对不同预紧 状态的螺栓连接结构开展非线性超声波检测实 验， 分别获取一发一收的高频响应信号及两发一 收的声调制响应信号； 对响应信号进行处理分 析， 获得螺栓不同预紧状态下的上述两种参数的 变化规律， 构建基于机器学习算法的回归模型； 基于所述模型进行复合材料螺栓连接结构早期 松动评估。 本发 明联合谐波法和声调制技术两种 非线性超声检测方法， 对于螺栓松动早期状态监 测效果更为显著、 准确。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 112945449 B 2022.05.10 CN 112945449 B 1.一种复合材 料螺栓连接结构早期松动评估方法， 其特 征在于， 包括： 获取复合材 料螺栓连接结构超声 波响应的二阶非线性系数及边带非线性系数；  其中， 复合材料螺栓连接结构超声 波响应的二阶非线性系数 具体为： ； 复 合 材 料 螺 栓 连 接 结 构 超 声 波 响 应 的 边 带 非 线 性 系 数 具 体 为 ： ； 其中， 为基波幅值， 为二次谐波，   、 分别为一阶、 二阶 调制边带能量 值， 、 分别为高频基波、 高频基波成分的能量 值； 搭建非线性超声监测系统， 对所述非线性超声监测系统进行参数优化实验， 确定最佳 响应频率及声调制信号 参数； 基于实验结果， 对不同预紧状态的螺栓连接结构开展非线性超声波检测实验， 分别获 取一发一收的高频响应信号及两发一收的声调制响应信号； 对响应信号进行处理分析， 提取二阶非线性系数及边带非线性系数， 获得螺栓不同预 紧状态下的两种参数的变化 规律， 构建基于 机器学习算法的回归 模型； 基于所述模型进行复合材 料螺栓连接结构早期松动评估。 2.如权利要求1所述的一种复合材料螺栓连接结构早期松动评估方法， 其特征在于， 所 述非线性超声监测系统， 具体包括： 两片碳纤维增强聚合物层压 板通过螺 栓搭接连接； 在螺栓位置的一侧设定位置分别粘贴第 一激发压电片和第 二激发压电片， 另一侧设定 位置粘贴一枚接收压电片。 3.如权利要求2所述的一种复合材料螺栓连接结构早期松动评估方法， 其特征在于， 对 所述非线性超声监测系统进行参数优化实验， 具体为： 根据复合材 料板的强度特性， 设置不同的螺 栓扭矩， 代 表螺栓的不同预紧状态； 对于第一激发压电片， 选择不同频率范围、 幅值大小的扫频信号对不同预紧状态下的 复合材料螺栓结构进行激励， 获取接收压电片的响应信号； 对于第二激发压电片， 选择不同频率、 幅值的五峰波信号对不同预紧状态下的复合材 料螺栓结构进行激励， 获取接收压电片的响应信号； 对获取的响应信号进行傅里叶变换， 选取对预紧状态变化最为灵敏的幅值及频率范 围， 作为声调制信号 参数。 4.如权利要求1所述的一种复合材料螺栓连接结构早期松动评估方法， 其特征在于， 对 不同预紧状态的螺栓连接结构开展非线性超声波检测实验， 分别获取一 发一收的高频响应 信号及两发一收的声调制响应信号， 具体为： 基于获取到的声调制信号参数， 分别选择正弦扫频信号和五波峰信号作为低频、 高频 调制信号 开展实验， 对不同预紧状态下的复合材 料螺栓连接结构进行声调制激励； 获取不同预紧状态下一发一收的高频响应信号及两发一收的声调制响应信号。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 112945449 B 25.如权利要求1所述的一种复合材料螺栓连接结构早期松动评估方法， 其特征在于， 对 响应信号进行处 理分析， 提取二阶非线性系数， 具体过程 为： 对高频响应信号进行傅里叶变换， 提取谐波值， 带入二非线性系数表达式， 获得二阶非 线性系数值； 按照上述方法， 获得不同预紧状态下的高频五波峰/正弦响应信号的二阶非线性系数。 6.如权利要求1所述的一种复合材料螺栓连接结构早期松动评估方法， 其特征在于， 对 响应信号进行处 理分析， 提取边带非线性系数， 具体为： 对声调制信号进行 经验模态分解， 提取 出包含谐波和边带成分的有效本质模态函数； 进行带通滤波、 同步 解调， 经带通滤波后的调制信号与输入高频探测信号相乘； 对所得信号进行低通滤波 去除高频成分， 获得非线性 边带系数； 按照上述方法， 获得不同预紧状态下的非线性 边带系数。 7.一种复合材 料螺栓连接结构早期松动评估系统， 其特 征在于， 包括： 参数获取模块， 用于获取复合材料螺栓连接结构超声波响应的二阶非线性系数及边带 非线性系数； 其中， 复合材料螺栓连接结构超声 波响应的二阶非线性系数 具体为 ； 复 合 材 料 螺 栓 连 接 结 构 超 声 波 响 应 的 边 带 非 线 性 系 数 具 体 为 ： ； 其中， 为基波幅值， 为二次谐波，   、 分别为一阶、 二阶 调制边带能量 值， 、 分别为高频基波、 高频基波成分的能量 值； 非线性超声监测系统， 用于对所述非线性超声监测系统进行参数优化实验， 确定最佳 响应频率及声调制信号 参数； 响应信号获取模块， 用于对不同预紧状态的螺栓连接结构开展非线性超声波检测实 验， 分别获取一发一收的高频响应信号及两发一收的声调制响应信号； 回归模型构建模块， 用于对响应信号进行处理分析， 提取二阶非线性系数及边带非线 性系数， 获得螺栓不同预紧状态下 的两种参数 的变化规律， 构建基于机器学习算法的回归 模型； 螺栓状态评估 模块， 用于基于所述模型进行复合材 料螺栓连接结构早期松动评估。 8.一种终端设备， 其包括处理器和存储器， 处理器用于实现各指令； 存储器用于存储多 条指令， 其特征在于， 所述指 令适于由处理器加载并执行权利要求 1‑6任一项所述的复合材 料螺栓连接结构早期松动评估方法。 9.一种计算机可读存储介质， 其中存储有多条指令， 其特征在于， 所述指令适于由终端 设备的处理器加载并执行权利要求 1‑6任一项所述的复合材料螺栓连接结构早期松动评估 方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 112945449 B 3