螺栓是现代机械的重要连接元件,广泛应用于国防民生的各种机械连接结构。在役螺栓,受到载荷影响,会由于预紧力变化产生松动或断裂,形成安全隐患,产生事故,因此对螺栓预紧力的检测是十分有必要的。本文系统地介绍了螺栓预紧力检测研究的发展现状,提出了将压电薄膜沉积在螺栓表面的新型螺栓预紧力监测的新结构,该结构使预紧力检测更加集成,克服了传统的声波耦合层厚度不确定的缺点,减少了监测干扰因素,提高了超声波法纵波横波比值法实时监测螺栓预紧力可行性,该结构突破了对检测螺栓的表面几何结构和尺寸的限制。研究内容主要包括:第一章系统地介绍了螺栓预紧力检测研究的发展现状,介绍了几种目前主流的螺栓预紧力检测方法的原理以及各自的优势和限制。第二章阐述了压电效应、声弹效应的基础知识以及基于声弹效应的超声波飞行时间法和超声波波速比法检测螺栓轴向力的原理。第三章采用激光脉冲沉积技术（PLD）分别在Si、Ti、Ti/Si和Au/Ti/Si基底上制备了 ZnO压电薄膜。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱分析仪、原子力显微镜（AFM）分别表征了 ZnO薄膜的表面形貌、厚度、微观结构、组分。然后使用压电力显微镜（PFM）测试了 ZnO薄膜的压电性能。探究了不同基底、底电极对PLD法制备ZnO压电薄膜的影响。第四章利用COMSOL多物理场耦合数值分析软件平台时域显式模块,间断伽辽金算法创建了超声波在螺栓内飞行时间的仿真模拟。依靠Matlab平台对终端电压波形进行短时傅里叶变换处理数据,在频域区分纵波、横波。第五章搭建超声检测实验平台,设计实验方案,采用超声波纵波飞行时间法对压电智能螺栓进行超声检测螺栓轴向力测试;作为对比,基于超声波纵波飞行时间法使用超声波探头测螺栓轴向力。使用LabVIEW软件处理实验数据绘制了压电智能螺栓和超声波探头的线性回归曲线,进行误差和相对误差分析验证了螺栓轴向应力和超声波传播时间的线性关系,通过实验证明了压电智能螺栓的性能,并简要分析了超声波探头法误差大的原因。第六章对本文的研究工作做出总结,并展望了下一阶段的研究工作。