Abstract

Formålet med dette projekt er, at vurdere hvor vidt det er muligt at bestemme forspændingen i boltene i en boltesamling. Projektet er foreslået af Brüel & Kjær, som en del af MAKUNET. Baggrunden for problemstillingen er, at der ved fleksitering af to identiske bolte under forskellig forspænding, afgives et hørbart forskelligt akustisk signal. Dette har antydet at det kunne være muligt at anvende akustiske signaler til bestemmelse af forspænding, hvilket kan lette arbejdet i forbindelse med inspektioner af boltede samlinger. I løbet af dette projekt er årsagen til denne forskel i den afgivne lyd undersøgt, og det er søgt at afdække hvor vidt det kan gøres praktisk anvendeligt. Projektet er indledt ved at lave en række initierende forsøg, for at fastlægge hvor vidt målbare forskelle i responsen, af en 140mm M12 bolt ved forskellige forspændinger, kan opfanges. Forsøgs resultaterne opsamles akustisk med en mikrofon samt mekanisk via accelerometre, til eksitering af boltene anvendes en modal hammer med indbygget kraft transducer. Indledningsvist er der anvendt en opsætning med flere bolte, men for at simplicere responset der analyseres er der i hoveddelen af projektet anvendt en opstilling med blot en enkelt bolt. Ud fra forsøgene er det fundet, at resonans frekvenserne for strukturen stiger i takt med at forspændingen øges, dette gør sig gældende for både stål og aluminiums strukturer. I forbindelse med dette er også indflydelsen af spændskiver undersøgt, hvilket dog viste sig at være uden betydning for responsen. Ligeledes er det undersøgt om dæmpning vil kunne anvendes som mål for forspændingsgraden, hvilket dog kunne afvises. Eftersom det er blevet konstateret at det er muligt, at se en ændring af resonans frekvenserne, når forspænding øges, er mekanismen bag denne ændring blevet undersøgt. Da ændringen i frekvenser er så stor, at den ikke kan forklares med ændringer i stivheden, er det i stedet undersøgt hvor vidt ændringer i systemets randbetingelser, kan være årsagen til de observerede skift i resonans frekvenser. For at undersøge dette, er der opstillet en FE model af bolten for to forskellige randbetingelser, simpelt understøttet og fast indspændt, analysen af disse modeller viste, at den ændring der kunne observeres mellem de to modellers egenfrekvenser, stemte godt over ens med de eksperimentielle resultater. For at undersøge hvor vidt de fundne resultater også er gældende for andre størrelser af bolte, er både M18 og M24 bolte undersøgt eksperimentielt, og samme tendenser som for M12 bolte kunne observeres. En mere avanceret FE model opstilles for at se om forskellen mellem den simple FE og Test bliver mindre og for at forklare resultaterne fra M18 og M24 forsøgene. Den avancerede model bliver løst både for egenfrekvenser og for harmonisk respons. Resultaterne for egenfrekvenserne viser en mindre forskel mellem FE og tests end den simple FE model. Det tyder på at der en svag kobling mellem bolten og strukturen. Den harmoniske model viser at der er stor forskel på amplituden af bolten og amplituden af målepunkterne på strukturen. Derudover er der stor forskel på amplituden af bolten og amplituden af målepunkterne for de forskellige bolte og forskellige resonans frekvenser. Derfor konstrueres der en analytisk model der skal forsøge at beskrive dette problem. Den analytiske model bliver anvendt til at beskrive hvor meget energi der bliver overført fra bolten til strukturen og hvor stor indflydelse dæmpning har på denne overførsel af energi. Den analytiske model er udledt ud fra Hamilton's principle og Timoshenko bjælke teori. Modellen viser at dæmpningen har meget lille indflydelse på responset målt på strukturen og at meget lidt af det indførte energi fra lasten bliver overført til strukturen. Ud fra resultaterne i projektet, har det vist sig at det bør være muligt, at anvende akustiske målinger til at bestemme hvor vidt bolte i en samling er spændt tilstrækkeligt.

A master thesis from Aalborg University

Acoustic determination of pretensioned bolts