螺栓连接作为一种常见的连接方式,因其结构简单、操作便捷、价格低廉等优点,存在于各类建筑结构、机械、汽车、飞机、轮船和航空航天等结构或器件中,与人们的生活息息相关。然而,在腐蚀环境或振动条件下,螺栓常会因表层耗减而引起预应力降低甚至松动及脱落问题,为人们的生命财产安全带来巨大威胁。因此,研究螺栓松动的规律并监测螺栓松动状态对保障机械、建筑、器件正常运行至关重要。本文通过利用锆钛酸铅压电陶瓷传感器监测振动中的螺栓电压信号对螺栓的松动问题进行监测研究。由于螺栓的松动会引起结构本身固有性质的变化,连接部位的简单力学传递因松动而呈现复杂振动形式,从而影响结构振动模态,表现为螺栓处振动响应的高阶非线性响应。通过压电陶瓷传感器可以捕获这种由于松动产生的异常信号,从而判断螺栓的松动程度。本文的主要研究内容如下:通过建立螺栓连接处非线性的模型,通过对时域和频域信号进行分析,获得螺栓松动与时域和频域非线性响应信号的特征关联,理论上探索螺栓结构连接处的非线性特征。通过Comsol软件模拟含锆钛酸铅贴片的螺栓结构的静力和动力作用下的力学状态。获得螺栓结构应力、应变以及接触压力等力学性能,并对优选位置上的压电片上的电信号进行分析,确定拧紧螺栓所需要的最大预紧力;通过对结构自由衰减振动、有外界正弦激励的受迫振动和高频电压激励下的振动三种方式进行模拟,获得压电片耦合机械振动产生的电压信号,并通过对电压信号的分析,获得螺栓松动的特征信息。通过对单螺栓结构和四螺栓结构的实验分析,进一步验证压电陶瓷传感器耦合电压信号与螺栓松动特征的非线性响应关系。运用有限元软件对多螺栓管道结构进行应力分析,研究随外荷载的变化结构应力变化,确定监测螺栓松动时压电片最佳粘贴位置。