Full-field laser-Doppler-vibrometry frequency-response-function data for a four-bolt aluminum plate under bolt-torque variation

该数据集由维尔道应用技术大学机器动力学与声学研究所构建，系统记录了四螺栓铝板在18种不同螺栓扭矩状态下的全场激光多普勒测振频响函数。数据集包含1836个文件，涵盖51个扫描点的位移-力H1振幅与相位数据，频率范围1至51200 Hz，分辨率1 Hz，并附有候选共振峰、跟踪频率等后处理表格及分析脚本。数据生成采用Polytec PSV-500扫描激光测振仪与自动冲击锤，在自由边界条件下完成测量与导出。该数据集面向结构健康监测中的螺栓松动检测、模态相关性分析及频响函数形状损伤定位等研究，旨在为螺栓连接结构动力学提供高质量基准数据。This dataset was constructed by the Institute of Machine Dynamics and Acoustics, Wildau University of Applied Sciences. It systematically recorded full-field laser Doppler vibrometry frequency response functions (FRFs) of a four-bolt aluminum plate under 18 distinct bolt torque conditions. The dataset contains 1836 files, covering displacement-force H1 amplitude and phase data from 51 scanning points, with a frequency range of 1 to 51200 Hz and a frequency resolution of 1 Hz. It also includes post-processing tables such as candidate resonance peaks and tracked frequencies, as well as analysis scripts. The data was collected and exported under free boundary conditions using a Polytec PSV-500 scanning laser vibrometer and an automated impact hammer. This dataset is targeted for research including bolt loosening detection, modal correlation analysis, and damage localization based on FRF shapes in structural health monitoring, aiming to provide high-quality benchmark data for the dynamics of bolted joint structures.

搜集汇总

数据集介绍

构建方式

该数据集基于激光多普勒测振实验构建，针对一块四螺栓铝板，通过自动冲击锤激励并利用Polytec PSV-500扫描式激光多普勒测振仪采集位移/力频响函数（H1）的幅值与相位数据。实验在软海绵支撑上模拟自由边界条件，系统性地设定了18种不同的螺栓扭矩组合状态，涵盖全紧、全松、单螺栓变化及多螺栓松动等情形。每个状态均在51个扫描点上进行测量，频率范围覆盖1 Hz至51,200 Hz，步长为1 Hz，共导出1,836个TXT文件。数据集还包含详细的文档、处理后的CSV表格、可视化图像、Python脚本及元数据，以便用户全面理解和使用。

特点

该数据集的特点在于其全面覆盖了螺栓扭矩变化引起的结构动力学响应变化，包含18种扭矩状态，可与全紧基线进行对比。数据具有高频率分辨率（1 Hz）和空间分辨率（51个扫描点），便于进行频响函数相关性分析、模态保证准则（MAC）及频响函数形状损伤定位等研究。处理后的数据表被组织为候选峰检测、频率跟踪、案例分析及剂量响应等模块，支持多种分析方法。此外，中间态5 Nm的扭矩设置提供了研究螺栓预紧力与响应之间剂量-响应关系的机会。

使用方法

用户可通过两种方式使用该数据集：一是直接复用处理后的CSV表格和图像，无需处理原始数据，即可进行统计分析或可视化；二是基于原始导出数据（00_raw_exports）运行提供的Python脚本（04_scripts），复现处理流程，或根据自定义标准调整候选峰选择与跟踪窗口。数据支持经典的MAC、FRAC等指标，适用于监测螺栓松动、损伤定位及模态分析的教学与研究。所有文件遵循FAIR数据原则，便于检索与引用。

背景与挑战

背景概述

该数据集由德国勃兰登堡州托尔高等技术大学（TH Wildau）的Berkay Kullukcu与Dina Hannebauer于2026年创建，旨在探究螺栓联接结构在预紧力矩变化下的振动特性演变。研究团队利用Polytec PSV-500扫描式激光多普勒测振仪与自动冲击锤，对四螺栓铝板在18种不同扭矩状态（涵盖全部拧紧、单螺栓松动、多螺栓组合松动等工况）下的位移-力频响函数进行了全息采集，共获得1836个点式频响数据文件，频率范围覆盖1 Hz至51.2 kHz。该数据集的核心科学问题在于揭示螺栓预紧力变化对结构模态参数及频响函数空间分布的影响，从而为基于振动响应的螺栓松动检测提供高分辨率基准数据。其公开共享于Zenodo平台（DOI: 10.5281/zenodo.20038951），为结构健康监测、模态相关性分析及频响函数损伤定位等研究领域提供了标准化的验证数据源，对于推动振动诊断方法的发展具有重要参考价值。

当前挑战

该数据集所面临的挑战主要包括：其一，螺栓联接作为结构动力学中不确定性的经典来源，其预紧力的差异会引发接触刚度、摩擦耗散及微滑移等非线性效应，进而导致共振频率偏移和频响函数形态改变，如何在复杂工况下准确识别这些细微变化并构建敏感的损伤指标是一项难题。其二，数据采集过程需在18种扭矩状态下对51个扫描点逐一测量，且要求各状态之间保持精确的边界条件一致性，实验设计需克服软支撑模拟自由边界所带来的测量误差和重复性风险。其三，高频率范围（25 kHz以上）数据多为噪声基底，缺乏有效共振信息，如何从宽频数据中甄别具有物理意义的共振峰、规避噪声干扰并对多扭矩状态下的频响函数进行有效对比，考验着后续分析方法的鲁棒性与选择准则的合理性。

常用场景

经典使用场景

该数据集基于四螺栓铝板在扭矩变化下的全场激光多普勒测振实验，提供了18种扭矩状态、51个扫描点的频响函数（FRF）幅值和相位数据。经典使用场景包括验证和比较基于FRF的结构损伤识别算法，如模态保证准则（MAC）、频响保证准则（FRAC）以及FRF形状损伤定位方法。数据的高频率分辨率（1 Hz至51.2 kHz）和空间分布特性使其成为评估全局相关性与局部损伤敏感性的理想基准，尤其适用于螺栓松动检测的相关研究。

衍生相关工作

该数据集衍生的经典工作包括基于全局FRF相关性和局部FRAC图的螺栓松动筛选研究，以及针对多螺栓组合的剂量-反应分析。它还促进了相关领域的发展，如频率跟踪方法、自适应窗设计、以及基于鲁棒统计的损伤指标评估。此外，数据集支持二次分析，可探索不同窗宽或峰值选择标准对损伤识别性能的影响，并推动FAIR原则在结构动力学数据共享中的应用。

数据集最近研究

最新研究方向

该数据集聚焦于螺栓连接结构在扭矩变化下的振动特性监测，为结构健康监测（SHM）领域提供了高精度的全场激光多普勒测振（LDV）频响函数（FRF）数据资源。当前前沿研究方向主要围绕利用FRF相关性、模态保证准则（MAC）及频响函数形状损伤定位技术，探索螺栓松动对结构动力学行为的细微影响。数据集合成了多种扭矩组合状态，包括单螺栓与多螺栓松动场景，为基于振动响应的损伤敏感指标验证与算法优化提供了理想基准。同时，数据集支持机器学习驱动的损伤识别模型开发，如深度神经网络对隐含松动模式的自动提取，以及实时结构健康监测系统的校准与鲁棒性评估。该资源的开放性与全面性，有助于加速智能维护策略在航空航天、土木工程及机械系统中的应用转化。

相关研究论文

• Full-field laser-Doppler-vibrometry FRF dataset for a four-bolt aluminum plate under bolt-torque variation

  维尔道应用技术大学·机器动力学与声学研究所 · 2026年