声弹效应测量螺栓轴向应力的有限元计算分析

为促进超声技术在定量评价螺栓拧紧状态中的有效应用,结合实际检测需求,对基于声弹效应的螺栓轴向应力测量方法构建了合适的有限元模型。使用二维轴对称方式模拟M8×25的螺栓,螺栓头部安放10 MHz的超声波探头;有限元计算时,采用具有默纳汉三阶弹性常数的超弹性材料,将结构场与声场进行耦合分析,通过前后两个研究步骤,确定出螺栓在轴向拉伸状态下的超声波形信号;有限元计算结果表征了声传播时间差(ns)、轴向载荷(MPa)间的线性关系,此线性关系随螺栓夹紧长度、螺栓材料的不同而相应地改变;计算表明,对基于声弹效应的轴向应力测量方法而言,线性系数的准确测定非常重要;对有限元计算结果进行深入分析,可知螺栓内部应力状态对于超声传播声时变化存在叠加影响;因螺栓夹紧长度不同会引起声弹效应的较大变化,在实际测量时应对此足够重视。有限元计算结果与解析计算结果、实际试验测试结果对比,结果吻合性良好;所建立的超声法测量螺栓轴向应力的有限元模型,解决了对声弹效应进行数值模拟分析的难题,可为检测方法分析、专用仪器研发提供技术指导。     

用超声波技术测量螺栓应力的应用研究

本文综述了超声技术测量拉紧状态下螺栓声力的基本原理，讨论了影响测量精度的螺栓形状态系数和温度系数，简介了精密测量声速的一些技术方法和国内外较为先进的应力测量仪器，并对一些性测量螺栓轴向应力的可行性进行了分析。确认本法对航空、航天结构件的安装与固定、装配件的控制具有重大应用前景，并对核电站、汽车、石化工业、机械结构中的重要螺栓连接结构的实测与监控同样具有广泛应用价值。     

用超声波技术测量螺栓应力的应用研究

本文综述了超声技术测量拉紧状态下螺栓应力的基本原理，讨论了影响测量亿度的螺栓形状系数和温度系数，简介了精密测量声激的一些技术方法和国内外校为先进的应力测量仪器，并对一次性测量螺检轴向应力的可行性进行了分析。确认本法对航空、航天结构件的安装与固定、装配件的控制具有重大应用前景，并对核电站、汽车、石化工业、机械结构中的重要螺栓连接结构的实测与监控同样具有广泛应用价值。     

声弹性效应螺栓轴向应力标定试验研究

针对常规检测法测试螺栓轴向应力准确度不高的问题,提出采用超声波对螺栓轴向应力进行测量的方法,研究适用于工程实际的超声纵波检测法。结合胡克定律和声弹性效应原理推导螺栓应力与超声波声时差的关系,并分析温度对测量结果的影响。建立简便有效的标定测试试验系统,采用高速率和高分辨率的测试系统对超声回波信号进行采集,利用小波去噪的方法,消除高频噪声对测试信号的影响。通过对8.8级碳钢和12.9级合金钢两种不同材质螺栓的实际测试和数据处理,实现基于声弹性效应的螺栓轴向应力的标定测试,得到反映螺栓轴向应力和超声波声时差的线性函数关系,其重复准确度达2%~5%,线性关系高度显著。     

超声纵横波螺栓载荷在线检测方法研究

针对传统扭矩法控制螺栓载荷误差过大的问题,提出使用超声纵横波法来进行螺栓载荷的检测方法。基于声弹性定理,建立螺栓应力与超声纵横波声时关系的螺栓载荷预测理论模型,避免螺栓原始长度的测量,真正实现无损检测。通过制定实验表征方法,设计磁力探头夹具,建立超声横纵波测螺栓载荷的实验平台,保证每次测量数据的稳定性与测量位置的一致性。对8.8级高强度双头螺栓轴向力进行实验验证,并结合理论模型获得声弹性系数。结果表明:螺栓的轴向应力与超声纵横波声时为线性关系,实验值与理论计算值在100～600 MPa的最大误差小于5.61%,误差绝对值的平均值在2%左右。     

声时差法测定螺栓的预紧应力

本文利用超声波沿轴向传播时的波速同轴向应力以及三阶弹性常数的关系，推导了声时差与应力的关系，采的时差法多探头同时测量同一法兰上的各螺栓的预紧应力，整个过程中各探头位置不变，可以克服多次耦合误差并使测量过程简便，精度高，本文还应研究了温度变化对声时差的影响，提出并且从实验数据算出几个只与材料有关，与螺栓的夹紧距离，直径以及总长我关的常数，使测量和应力计算变得简单，实验结果表明应力低于２４０ＭＰａ，夹     

基于TPS法液体导热系数的测量

为解决常用的液体导热系数测量方法中存在的弊端,该文研制一套基于TPS法的液体导热系数测量装置.该装置采用探头压紧件,使探头始终保持竖直方向,减小液体对流对实验结果的影响,并通过不锈钢压紧件上的气体导通道排出腔体内的气体,减少气体的影响,使液体导热系数的测量结果更加准确.实验测量纯水和无水乙醇在特定温度下的导热系数,并与...     

超声幅值差法测量螺栓轴向应力研究

该文基于受载多晶体介质中的超声波散射衰减理论,针对传统渡越时间法（TOF）对螺栓轴向应力测量精度较低的问题,提出一种利用超声回波幅值衰减的螺栓轴向应力测量方法。首先,推导瑞利散射范围内多晶材料中纵波和横波衰减系数,进一步得出螺栓受载前后的超声回波幅值与应力依赖关系的理论模型。此外,对理论模型进行数值仿真,验证模型的可行性。随后,搭建螺栓轴向应力超声测量系统,对比分析TOF法和幅值差法测量螺栓轴向应力的实验结果。实验结果表明,该文提出的基于超声散射衰减的幅值差法优于传统的TOF法,具有一定的工程应用价值。     

螺栓形状对其紧固应力超声测量的影响

利用超声波技术直接测量螺栓轴向紧固应力的方法得到的螺栓轴向平均应力。本文根据工程上的实际情况，给出了螺栓形状对其曼固应力超声测量影响的简易修正途径，从而提高了这一技术的准确性。     

超声测流装置的实验室测试与优化

为提高大口径管道流量在线校准的准确度,建立了一套多声道超声测流装置,对其现场探头定位安装及几何测量方法进行了优化,并在研究流量计算模型的基础上进行了不同探头插入状态的实验室测试。在DN400的管道上安装交叉4声道超声探头,测试了3种探头插入状态,通过分析流量测量误差来得到最优化方案。实验表明,探头插入状态显著影响装置流量测量误差,随着插入深度的增加流量测量结果逐渐增大,但即使全突状态流量依然偏小;3种状态中全缩线性较好,经过系数修正后,全缩状态下超声测流装置计量准确性最高,达到0.2级;超声测流装置经过实验室测试与优化,可以满足1.0级大口径管道流量在线校准的要求。     

螺纹摩擦对螺栓轴向力-伸长量特征曲线的影响

基于超声波技术,通过对螺栓进行拉伸试验,研究了不同外载下螺栓轴向力-伸长量特征曲线的差异,分析了螺纹摩擦对螺栓轴向力-伸长量特征曲线的影响.结果表明:螺栓的单向拉伸与扭转拉伸因受到的载荷方向不同而导致其屈服点不同;螺栓前期拧紧标定过程中螺纹摩擦对螺栓轴向力有很大影响,会影响后续子系统螺栓夹紧力的大小;不同的螺纹摩擦状态...     

基于气体基压电复合材料的线聚焦空耦超声传感器研制与应用

空气耦合式超声检测技术因具有非接触、无损伤等特点,被广泛应用于材料的非接触检测。本文从晶硅太阳能电池的实际检测需求出发,设计并制作了一种气体基线聚焦空气耦合（空耦）式超声传感器,与传统的聚合物基空气耦合（空耦）式超声传感器相比,气体基线聚焦空耦传感器利用了3D打印技术将聚合物基框架改进为镂空结构,进一步降低了压电复合材料的声阻抗。所研制的传感器中心频率约为150 kHz,聚焦半径为20 mm,孔径为28 mm。对传感器进行了激励接收性能测试,并采用空耦超声Lamb波检测技术,对含有裂纹缺陷的单晶硅太阳能电池片进行非接触式检测,通过分析接收信号的幅值信息并利用相关系数法,完成了对裂纹缺陷的检出和定位,实现了气体基线聚焦空耦传感器在缺陷检测中的应用。     

基于扫描数据可视化的超声换能器参数测量

超声探头是超声无损检测中的关键部件,其参数直接影响到对超声检测系统性能的评价与校准。在自主建立的水浸超声声场自动扫查系统基础上,以标准ASTM E1065-99为依据,利用水听器法对聚焦超声换能器声场进行扫描,并将数据可视化。在数据可视化的基础上,对声场中若干重要参数进行了测量。实验结果表明,测量结果与理论计算结果吻合程度良好,所实现的声场自动扫查系统能够真实反应出换能器空间的声场分布,能够为超声换能器应用特性的准确评价提供可信的数据。     

A Linear Time-Invariant Filtering Approach for Ultrasonic Transducer Normalization

The increased use of automatic defect detection and characterization systems of the self-learning type has created a demand for means capable of normalizing signals from ultrasonic transducers. Measurements obtained using different measurement setups should be normalized with reference to a standard transducer. It is usually an unfeasible task to optimize characterization procedures for all combinations of measurement parameters that are usually available in a modern complex measurement system. For instance, a change of transducer or only a change in cable length may result in substantial differences in measured data. We propose a linear filtering approach for normalizing ultrasonic pulse-echo measurements as a preprocessing step before presenting the data to a characterization system. The approach requires two data sets: one for the reference transducer and one for the transducer to normalize. We formulate the normalization problem as a general linear approximation problem and derive an optimal linear transformation for an ideal situation with known transducer and noise characteristics. Due to the properties of the optimal linear transformation, a close approximation of this transformation can be implemented using a linear time-invariant filter. We verify by simulations that the filter approximation is valid, and we also examine some properties concerning the accuracy of the estimates obtained using the filter approximation. The filter is obtained using the output error method, one of the standard system identification methods. The proposed method is tested on real ultrasonic data obtained from carbon-fiber—reinforced epoxy composites. The results of experiments with real data, illustrating one of the possible applications, are used to point out some practical considerations that have to be taken into account when implementing the proposed method.     

螺栓杆应力集中系数的研究

螺栓球节点栓杆上的应力集中是导致栓杆发生疲劳破坏的主要原因。该文通过理论推导及数值分析的方法研究了螺栓杆的应力集中系数。在忽略螺纹升角的情况下,根据变形协调条件研究了螺栓杆的轴力梯度变化,采用数值计算确定常用螺栓球的螺纹位移系数及螺纹力计算公式。采用局部建模,通过迭代计算的方法确定螺栓杆应力集中系数。与完整模型的计算结果比较表明该方法的计算结果具有较高的精度,且计算效率高。     

Q690钢管塔柔性法兰极限承载力试验研究及有限元分析

该文研究了Q690高强钢管塔柔性法兰极限承载力。为考察这种法兰的受力性能、破坏模式及螺栓的应力分布,以1000kV钢管塔上的连接法兰为背景,进行了2个法兰足尺试件试验。同时,对试验模型进行了非线性有限元数值分析。试验与有限元分析结果表明:所设计的高强钢柔性法兰受力合理,满足工程应用;节点的薄弱部位位于主材与法兰板连接处;对于高强钢法兰螺栓受力修正系数可适当减小,建议 取0.62;同时建议考虑钢管壁厚对节点承载力的影响。     

离心风机蜗壳壁面动态压力测试及分析

利用高频动态压力传感器对离心风机蜗壳壁面4个位置动态压力进行了测量,得出动态压力大小及频率组成沿风机轴向的变化规律。通过对测量结果的分析,得出蜗舌部位气流流动规律,不稳定流动发生位置及主要不稳定流动形式,为以后提高风机性能,降低噪声、减小振动情况提供试验依据。     

夹心式功率超声压电陶瓷换能器的工程设计

文中为换能器的优化设计和性能改善提供一些有用的设计指南和解决措施,并对功率超声夹心式压电陶瓷换能器工程设计中的一些重要问题(即换能器各部分的功能及选择,压电陶瓷元件的位置优化,接触界面对换能器性能的影响与预应力的选择及影响等)进行了简要的分析。结论表明,文中所述对于优化设计、改善并提高性能具有参考和使用价值。     

Ultrasonic Transducer Sensitivity and Model-Based Transducer Characterization

It is shown that the role that an ultrasonic piezoelectric transducer plays in both generating and receiving ultrasound in an ultrasonic nondestructive evaluation (NDE) measurement system can be completely described in terms of the transducer's electrical impedance and open-circuit, blocked force receiving sensitivity. Furthermore, it is shown that both of these quantities can be obtained experimentally via a model-based approach and purely electrical measurements. The measurement of sensitivity uses a method originally developed for lower-frequency acoustic transducers. However, it is shown that at the higher frequencies found in ultrasonic NDE applications electrical cabling effects play an important role and must be compensated for in determining the transducer sensitivity. Examples of experimental measurement results using these new approaches are given.