螺栓连接接触区域对导波传播特性影响分析

摘要

螺栓连接广泛应用于航空航天、机械和土木工程中，其失效会严重影响系统可靠性与安全性。因此，螺栓预紧力的在线监测至关重要。超声导波因穿透性强、传播距离远、检测灵敏度高，被广泛用于螺栓监测，但导波与螺栓连接界面相互作用机制尚不清晰。为此，建立二维频域有限元模型，通过扫频分析验证模型准确性，并研究不同激励频率下A0和S0模态的最优激发频率。仿真结果表明，导波与连接界面作用时发生模态转换，各模态能量传输系数随接触长度呈周期性变化。当激励频率为255 kHz时，A0模态对接触长度变化更敏感，适用于早期松动检测；当频率为345 kHz时，S0模态周期更长，适合螺栓从紧固到完全松动的全过程监测。

关键词

超声导波 / 传输系数 / 螺栓连接 / 有限元仿真 / 结构健康监测