李宁，刘俊燚，王兆坤，王畅，李美求

长江大学机械结构强度与振动研究所，湖北 荆州 434023

螺栓法兰连接结构简单、可靠性强、密封性能好，被广泛应用于油气输送管道领域。螺栓作为法兰连接中重要的紧固元件，受到冲击、振动以及温度变化等外部因素的影响，长期服役会使法兰螺栓松动，造成油气泄漏，导致严重的经济损失和环境污染[1，2]。因此，对法兰螺栓的连接和预紧力进行在线监测具有重要的意义。

常用的螺栓连接状态监测方法主要有压电超声法、声弹性法、敲击法、电阻应变片法等[3]。近年来，利用压电超声对螺栓进行健康监测的方法得到了快速的发展[4,5]。汪正傲等[6]、王涛等[7]将压电导纳谱的峰值频率、压电陶瓷片激发出的超声波通过接触界面后的能量损耗变化作为损伤指标，用来评估螺栓预紧力的松弛情况。在实际应用中，受传感器安装位置和信号频率范围的影响，压电超声监测法仅对特定损伤尺度下不同损伤水平的监测精度较高，存在一定的局限性[8]。

声弹性法是一种利用螺栓在不同应力作用下的声弹性响应对螺栓的连接状态进行判断的方法。在螺栓头部安装超声探头，探头发射的超声波在螺栓的另一端反射产生回波，在均匀的同质材料中，沿应力方向传播的纵波和横波速度与螺栓的声弹性常数近似为一阶线性关系[9][10]。在实际应用中，波速与应力之间存在由于测量误差造成的非线性关系，对非线性误差来源的研究表明，样品直径[11]、材料应力分布[12]、材料的非均匀性[13]等因素都会产生非线性误差；……