一种螺栓夹紧力测量方法

发动机内有高温高压、冲击和振动,为确保可靠性和安全性,必须严格控制关键零部件螺栓连接的夹紧力。利用超声波测量技术,依据高强度螺栓轴向应力与超声波时间差的关系,结合螺栓材料系数,测量出螺栓拧紧前后的超声波时间差,确定了使用超声波测量仪进行螺栓夹紧力测量的方法。     

螺栓轴向应力的非线性超声检测技术研究

在工作过程中,螺栓常受到轴向应力的作用,作为最常见的紧固件之一,螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感,在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律,分析了非线性系数与基波幅值以及高次谐波幅值之间的关系,搭建了非线性超声检测系统。以45钢和304不锈钢材质的螺栓为研究对象,对不同轴向应力下的螺栓进行非线性超声检测,得到非线性系数与螺栓轴向应力之间的关系曲线。结果表明,螺栓的超声非线性系数随轴向应力的增大而单调增加,当轴向应力超过一定值时,非线性系数显著增大,说明非线性系数对应力变化敏感,可以用来表征螺栓的轴向应力。通过对相对非线性系数进行归一化和多项式拟合,得到螺栓轴向应力与归一化相对非线性系数之间的函数关系,然后采用非线性超声和线性体波检测两种方法对电子拉伸试验机施加的螺栓轴向应力进行检测验证试验,200 MPa以上的轴向应力采用非线性超声检测误差在6%以下,明显优于线性超声体波检测,研究结果为服役状况下螺栓的轴向应力检测提供了有效支撑。     

基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律。结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法。搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度。使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4%,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6%)且具有更简便的测量流程。     

基于FPGA和LabVIEW的超声波螺栓应力测量系统设计

针对传统螺栓应力测量方法的局限性,基于声弹性效应建立了超声螺栓轴向应力测量系统。测量系统由以FPGA为核心的下位机与基于LabVIEW的上位机两部分组成。研制了基于FPGA的超声激励、采集和传输控制模块,能灵活产生不同频率、不同周期数的高电压超声激励脉冲信号,以适应不同频率探头和不同类型螺栓对激励信号的要求。针对应力测量中超声回波信号周期重复的特征,系统结合等效时间采样法、三次样条插值法和平均值法,提高了螺栓轴向应力测量精度。试验结果表明,所建立的系统成功实现了螺栓轴向应力的精确测量,应力测量不确定度约为1.2 MPa。     

电磁超声单向应力横纵波联合测量方法研究

针对单向应力检测时厚度不均匀及拉伸变形等严重影响应力检测精度的难题,提出一种电磁超声横纵波联合测量单向应力的方法.通过基于洛伦兹力换能机理,优化设计出电磁超声纵波与横波探头,可有效提高回波信号的信噪比与幅值大小.分析了纵波与横波应力-声时差关系,建立了横纵波联合的单向应力电磁超声测量模型.利用自制的铝合金7075螺栓模拟件,开展了单向应力-声时差系数标定及横纵波联合应力测试实验,并与基于应变片的实测值进行了比较,验证了所设计电磁超声探头和应力测量方法的有效性.     

风电关键部件连接螺栓液压拉伸器预紧轴力回弹分析

风力发电机组关键部件的连接螺栓常采用液压拉伸器张拉的方式来预紧,以此来保证螺栓轴力的预紧精度。但是,在张拉前后因为被紧固件结构刚度的变化会造成螺栓有回弹的现象,轴力有所下降。为此建立了液压拉伸器张拉螺栓整个流程的仿真分析方法,模拟了拉伸螺栓、拧紧螺母以及撤离拉伸器的过程,分析了拉伸-预紧-回弹过程中螺栓轴向应力的变化,并考虑了接触面粗糙度对螺栓回弹的影响。通过某型号变桨轴承轮毂侧连接螺栓的仿真分析发现,预紧螺栓时螺栓内部轴向应力先逐渐增大,拧紧螺母期间保持不变,卸载拉伸器拉伸力时变小,发生回弹现象;并与实测结果对比,仿真分析方法计算的回弹系数为1.142,实测为1.128,相对误差仅为1.24%,验证了该仿真方法的准确性,从而量化了针对不同模型的螺栓预紧力下降的数值,进一步提高了液压拉伸器张拉螺栓的精度。另外,该仿真方法收敛性好,可以帮助行业摆脱繁重的测试标定工作,依靠简单的数值仿真分析制定一系列诸如螺栓回弹系数等数据库。     

基于有限元计算的汽缸紧固螺栓应力分布研究

某电厂新建机组中压外缸螺栓在168试运行过程中发生断裂,并有多条螺栓的螺纹处产生裂纹。失效分析认为该螺栓基本属于轴向大应力脆性断裂,为分析螺栓受力情况,采用有限元的方法对螺栓螺纹及螺柱的受力状况进行计算。为得到较高的精度,采用全螺纹、精细分网模型进行计算,结果表明螺纹的受力与螺柱内平均应力及螺栓材料的应力应变曲线有紧密联系;接触的前3阶螺纹承受的应力较大,最大应力约为螺杆平均应力的2. 5倍,工况下达到了屈服强度的82. 8%,往后各阶螺纹应力逐步递减;对螺栓加载过程进行了模拟,发现应力水平受加载历史影响。结合螺栓服役条件,认为本次螺栓裂纹与安全裕度不足有关,在附加应力的影响下造成螺栓开裂失效。     

综合计及牙距,精度影响的螺栓计算

本文根据螺纺应力面积的计算公式,运用普通螺栓联接强度计算的一般方法,分 引入细牙螺纹强化系数Ｋｐ和精度影响系数Ｋｊ,计及螺纹牙距和螺栓精度对螺栓强度计算的影响,进而是使得螺栓强度计算结果更趋于准确。该方法概念清晰,步骤简捷,在原有螺栓强度计算的基础上仅增加了查取两个系数值的工作量。     

大型回转支承套圈结构应力特性研究

回转支承作为风力发电机组传动系统的核心部件,直接影响机组运行安全性及可靠性。基于对回转支承结构特性、力学性能进行分析,说明了回转支承轴向应力状态变化对裂纹扩展的影响,采用有限元计算方法,针对现有轴承外圈螺栓孔结构,对比分析了轴承外圈螺栓通孔及盲孔下套圈应力状态、螺栓轴向应力状态,根据轴承应力特性,提出了回转支承结构设计和安装的优化方法,降低风电行业在轴承应用方面的风险。     

压应力非均匀分布下螺栓连接件垂向刚度研究

首先选取2块等厚度且半径足够大的圆盘型被连接件为研究对象,其轴向压缩变形体可等效为2个空心圆锥体。通过假设其垂直于螺栓轴的横向压应力非均匀分布并呈四次多项式分布以及假设横向压应力均匀分布,分别推导了其轴向压缩变形体的刚度计算公式。依据研究模型选择了不同尺寸和不同材料的螺栓连接,并建立其详细的有限元模型,并对其进行理论以及有限元对比分析计算,得出了当被连接件等效压缩体可简化为空心圆锥体时更精确的轴向压缩刚度计算公式。     

超长斜拉索张力振动测量的传递矩阵法

振动法测量拉索张力需要准确描述索力与自振频率的关系,为反映超长斜拉索的真实构形及垂度效应,满足超大跨斜拉桥对测试精度的要求,考虑超长斜拉索垂度、倾角、自重及切向张力沿拉索变化的影响,在静力分析推导出斜拉索静态构形的悬链线方程基础上建立超长斜拉索振动的离散模型,应用多体系统传递矩阵法计算拉索固有频率,通过求解特征方程建立索力与振动频率的关系,提高了超长斜拉索张力的振动测量精度,完善了索力振动测量方法。通过对实际工程的测试结果分析表明,该方法具有准确、实用和易编程的特点,完全能满足工程应用要求。     

基于磁特性曲线的杆件拉力测量及影响因素研究

由磁弹基本原理可知,不同拉力作用下杆件材料的磁特性曲线存在差异,据此可发展出一种杆件拉力测量方法。为准确获取磁特性参数与拉力的关系表达式,搭建了力热耦合条件下的磁特性曲线测量装置,并进行了相关影响因素的试验研究。拉力的测量精度与传感器结构及其励磁方式、材料剩磁状态、温度和数据分析过程等多因素密切相关,首先试验对比分析了脉冲、交流两种励磁方式对磁特性曲线的测量精度的影响,表明剩磁状态对脉冲励磁的测量结果影响较大,而交流励磁的重复测量稳定性高,更适合用于杆件拉力测量;其次,通过拟合确定系数、灵敏度等指标对比,讨论了励磁磁场强度选取对磁特性参数与拉力的关系方程特性的影响,得到了一组磁感应强度与纯铁杆拉力的标定方程,其线性拟合确定系数大于0.99,灵敏度为-3.46m T/k N;最后,试验测试了不同温度条件下纯铁杆材料的磁特性曲线,分析结果显示,磁感应强度与温度间存在非线性关系。上述研究为杆件拉力的工程检测提供了试验方法和技术。     

液体表面张力激光快速测量法

基于插板法测液体表面张力系数的基本原理,介绍了一种利用半导体激光器及准直光学系统输出的矩形平行光束,结合线阵CCD传感器,实现液体表面张力系数快速测量的方法。通过测量激光束两边沿在液体表面的入射角来求得表面张力系数,解决了插板法测液体表面张力系数的液面上升高度和接触角检测难题,避免了人为因素的影响。推导了矩形激光束两边沿在液体弯月面的入射角与表面张力系数的关系,以及用CCD测量激光入射角的计算公式,并进行了参数设计和误差分析。结果表明:为了提高液体表面张力系数的测量精度,在满足测量条件下,应采用尽可能大的矩形激光束宽度、激光入射角和CCD相对距离。理论分析表明,当光束宽度的测量误差为5 μm时,水的表面张力系数测量精度为1%。若将光束宽度的测量误差减小到2 μm,则水的表面张力系数理论精度可达0.5%。实验结果证明了水的表面张力系数测量精度达到1%。     

基于VMD和LSTM模型的航空液压管路卡箍故障诊断

航空发动机液压管路-卡箍系统中卡箍振动信号具有非线性和非平稳性的特点,难以从卡箍故障信号中准确识别出其故障类型。针对该问题,提出了一种基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)-长短时记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络模型的智能故障诊断方法。首先,利用遗传算法对VMD的模态分量k值和惩罚因子α进行参数优化;然后,将优化后的VMD对卡箍故障振动信号进行分解处理;最后,将分解后的模态分量输入LSTM网络中进行特征学习,从而实现卡箍故障的识别。实验表明:该方法实现了对卡箍螺栓松动状态、根部断裂状态、衬垫磨损等3种典型故障的精准识别,故障总体识别准确率能够达到98.5%以上,有效地提高了航空液压管路卡箍故障识别的准确率。     

钢板弹簧断裂问题的试验及分析

针对某微型汽车后钢板弹簧中心孔处断裂问题进行研究,认为断裂是由于夹箍夹紧力不足,在使用过程中夹紧处产生变形,使载荷传入夹紧区而导致的。通过试验和计算,证实了在夹箍失效后中心孔处应力会上升。最后提出钢板弹簧在制造和装配过程中应注意的事项。     

基于落锤装置的力监测压力绝对校准方法研究

在详细探讨了利用落锤装置进行压力校准的多种途径的基础上,针对力监测压力方法中存在的传感器力值测量精度易受预紧力和惯性力影响的问题,提出了一种改进方法,即在落锤装置原有锤头结构的基础上自行研制了高精度的应变式力传感器,推导了通过自研力传感器监测造压油缸内压力的惯性力修正模型,并总结了模型进一步简化所需满足的前提条件。在此基础上分别对传统和自研力传感器开展了多组校准试验,试验结果表明,采用过渡件和螺栓固定等传统安装方式会对力传感器产生附加预紧力和惯性力两方面的不良影响,造成传感器在测量锤头和活塞杆之间的撞击力时产生很大的测试误差;自研力传感器在满足重锤质量远大于活塞杆质量并保证撞击对中精度的前提下,能够直接根据传感器测得的力值和活塞杆横截面积计算出缸内的压力,和现有的比对式准静态校准方法相比,其高压段压力监测精度优于1%,可作为一种有效的压力校准方法。     

索力振动测量的有限差分传递矩阵法

为提高振动法测量拉索张力的精度,准确描述索力与自振频率的关系,拓展索力测量振动法的适用范围,针对变刚度拉索的横向自由振动及张力测量问题,利用有限差分法及传递矩阵法并将二者相结合推导了拉索有限差分形式的振动方程。在此基础上得到离散系统的元件传递矩阵方程及总传递方程,应用传递矩阵法计算拉索固有频率,通过求解特征方程建立了索力与振动频率的关系。通过对实际工程的测试结果分析表明,该方法具有准确、实用和易编程的特点,能满足工程应用要求。     

大量块拼接使用中夹紧方法的研究

本文讨论了夹紧方法与支承方法对大尺寸量块拼接使用的影响，分析了影响拼接效果的诸项因素，针对高精度测量中使用的大尺寸量块，研制了夹紧装置的一种力自动平衡的支承系统并给出了相应的分析与使用方法。     

基于压电阻抗频率变化的螺栓松动检测技术

针对螺栓松动问题,提出基于压电阻抗频率变化的螺栓松动监测方法。在螺栓头部安装压电材料,采用材料试验机拉伸螺栓来精确模拟螺栓所受预紧力;研究了洁净环境和油污环境中,压电材料导纳谱中的峰值频率随螺栓预紧力的变化。结果表明：随着螺栓预紧力的增大,压电导纳谱中的峰值频率降低,且两者间具有较好的线性关系;油污对测试影响较小。     

考虑高温蠕变的螺栓和法兰材料的选配*

螺栓和法兰材料的选择是影响螺栓法兰接头密封性能的重要因素,特别是在高温条件下服役,螺栓法兰发生蠕变的情况下。分别选择法兰蠕变速率大于螺栓蠕变速率以及小于螺栓蠕变速率的两组配合方式,通过传热分析、热-结构耦合分析以及高温蠕变分析,对比研究其密封性能。结果表明:螺栓蠕变和法兰蠕变都会引起螺栓应力重新分配,随着时间延长螺栓蠕变的累积会导致螺栓截面应力越来越均匀;但法兰蠕变的累积会降低法兰刚度,致使偏转角增大进而导致螺栓内外侧受力相差越来越大;法兰蠕变速率越大,法兰整体刚度下降越快,法兰服役周期越短,因此选择高温服役的螺栓法兰接头材料时,选取的法兰材料蠕变速率不能太大,且抗蠕变性能要比螺栓材料强。