用超声波技术测量螺栓轴向紧固应力

超声波速度会因材料中加载应力而产生微小的变化，这一现象特别适用于测量螺栓的轴向应力。根据螺栓的轴向应力与超声波传播时间变化率的关系，作者研究了一种可直接测量螺栓轴同应力的仪器。实验结果显示，本项技术十分适合现场的实际应用。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

螺栓与被连接件间轴向相对刚度的修正计算

螺栓连接结构的载荷分配比例和螺栓与被连接件间的轴向相对刚度密切相关。为了更准确地求解螺栓连接结构中螺栓与被连接件间的轴向相对刚度，基于被连接件垂直于螺栓轴的各受压层压应力均匀分布与非均匀分布形式下的轴向压缩变形量解析式，结合有限元仿真结果，提出了被连接件压缩变形体起始直径的修正公式及轴向压缩变形量的修正解析式。通过提取仿真应力值，对压应力理论修正方程、压应力仿真拟合方程进行积分计算。对比计算结果发现：用仿真拟合方程计算得到的被连接件压缩变形体轴向压缩变形量与用理论修正方程计算得到的变形量的误差小于2.5%，这说明用仿真拟合方程求解被连接件压缩变形体的轴向压缩变形量具有较高的精度。研究结果表明：修正起始直径与夹紧长度、螺栓头与螺母支承面直径呈线性关系。压应力非均匀分布下，用被连接件压缩变形体轴向压缩变形量的修正解析式求解螺栓与被连接件间轴向相对刚度时，误差小于2%，表明该修正解析式能够较为准确地计算螺栓与被连接件间的轴向相对刚度。在修正起始直径的基础上，基于被连接件各受压层压应力非均匀分布的轴向相对刚度计算结果比基于均匀分布的更准确。研究结果为理论研究和实际工程中准确分析螺栓的受力情况提供了一定参考。     

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     

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。     

螺栓轴向应力-超声波渡越时间自动标定系统研究

该文针对传统螺栓轴向应力-超声波渡越时间标定系统的局限性,基于声弹性效应研制一套自动化螺栓轴向应力-超声波渡越时间标定系统,主要包括机械结构、多路数据采集传输系统、加载控制系统和上位机软件4部分。系统采用双滑轨卧式机械结构,基于FPGA、NI数据采集卡和千兆以太网设计多路数据采集传输系统,能实时检测超声波在螺栓中的渡越时间、螺栓轴向应力、扭矩和环境温度等参数;基于交流伺服电机和LabVIEW设计加载控制系统,通过上位机监测和控制软件实现对螺栓的连续平稳加载和卸载。大量试验和数据分析结果表明:该系统能够方便快速地实现对螺栓轴向应力-超声渡越时间关系的灵敏度系数的标定和实时显示,重复准确度达±2%。     

42CrMo钢高强度螺栓轴向开裂失效分析

某8.8级42CrMo钢高强度螺栓,在热处理后滚丝过程中发生轴向开裂。利用化学成分分析、宏观检验以及金相检验等方法对螺栓开裂原因进行了分析。结果表明:螺栓开裂主要是因为其原材料表面存在呈线状分布的锻造折叠缺陷,折叠缺陷末端形成应力集中,在热处理淬火时成为了裂纹源,于强大的淬火应力和滚压应力作用下诱发了螺栓轴向开裂。     

6.8级冷镦螺栓的表层残余应力分布

利用X射线衍射残余应力分析仪测定了6.8级螺栓热处理前后表层轴向和切向残余应力及其分布,分析了冷镦和缩径对螺杆与螺栓头部过渡圆角处残余应力的影响。结果表明:热处理前螺栓表层残余应力分布不均匀,最大残余拉应力为155.8MPa,热处理后残余应力降低幅度可达50%;半径方向上,残余应力随深度的增加由压应力向着拉应力转变。     

超声法测量螺栓轴向力的测量准确度分析

用超声法测量螺栓轴向力时,测量结果受多因素的复杂关联影响,这导致测量准确度偏低。为实现短螺栓(M8×37)紧固后轴向力值的准确测量,针对超声法测量螺栓轴向力问题进行理论分析,构建测量误差模型;对测量中的若干要素(如温度、探头位置与耦合状态等)进行分离、控制,分两阶段开展试验,研究多要素对测量结果的影响规律,探知可达的测量准确度。分析结果表明:用超声法测量螺栓轴向力时,声时差-轴向力系数对测量结果的准确度影响显著,故应对系数进行准确标定,使之与测量螺栓有效匹配;温度的波动、探头耦合状态的改变,使测量结果准确度降低,此时应采用温度补偿、二次回波分析法将这些因素的不利影响排除;探头摆放位置的不一致将使测量准确度显著降低,但可借助于相关分析方法对测量异常值进行识别与剔除。通过合理有效的测量工艺控制措施,可使超声法得到的螺栓轴向力测量结果具有较高的准确度,满足工程应用需求。     

水轮机顶盖螺栓受力特性研究

顶盖螺栓是连接水轮机顶盖与座环的重要连接件,顶盖螺栓的安全状态是水电站安全运行的重要保障。以某轴流式水轮机作为研究对象,建立了全三维流体模型和水轮机顶盖及螺栓结构模型,采用流固耦合方法将顶盖过流面压力分布水压力传递给水轮机顶盖,对现场电站螺栓采用中空测力传感器进行现场试验,将螺栓不同截面的等效应力分布与试验结果进行验证,研究表明:顶盖水压力随着水头和导叶开度的增大而增大,最大水头大开度工况顶盖总轴向压力值达到最大;螺栓不同位置截面应力分布不均,螺栓同时承受着轴向应力与弯曲应力,螺栓头部、螺栓与螺纹交接处相比螺栓比螺栓中部截面受力大;不同位置螺栓受力变化趋势一致验证了顶盖耦合面的水压力为轴对称分布的特性;开机时螺栓受力比停机时增加明显,较低负荷振动区,顶盖螺栓受力有所提升,在稳定运行区螺栓受力保持稳定;停机及三个稳定运行工况下数模计算的结果和现场试验吻合,验证了有限元计算的准确性,中空测力传感器能够比较准确的反应螺栓的轴向受力。     

一种简易的超声波声时差测螺栓紧固力方法及验证

对螺栓的轴向紧固力用超声波进行测试，其原理是依据超声波时差与应力间存在一一对应关系。由于每种具体的材料其声时差与应力的有关系数都不相同，有必要用一种简易的数学式将声时差与应力联系起来。本文用简单的线性式表征声时差与紧固力这关系，它既满足一定的精度，又便于形成一种通用的超声波螺栓紧固力测试仪。     

进口氢气压缩机螺栓断裂原因分析

通过宏观检验、化学成分分析、金相检验以及断口分析等方法对氢气压缩机的地脚螺栓和连接螺栓发生断裂的原因进行了分析.结果表明:由于压缩机机座安装倾斜,造成地脚螺栓受剪切应力首先断裂;连接螺栓受振动引起的剪切应力和轴向拉应力共同作用,并且其预紧应力超过最大允许预紧应力,最后发生疲劳断裂;另外螺栓本身存在的材料缺陷致使强度不足...     

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...     

轴向受力螺纹连接件冲击仿真分析

用有限元软件对轴向受力螺栓进行冲击响应仿真分析,并设计专用的螺栓试验夹具,对吊挂和平置安装的螺栓进行冲击试验验证,通过对比仿真计算和冲击试验中螺纹连接件的响应加速度,应力和损伤状态,验证有限元方法及模型的正确性。     

逐层剥离法测量高碳钢盘条残余应力

基于ASTXSTRESS3000型应力仪,结合化学腐蚀逐层剥离技术的基础上,研究了热轧高碳钢盘条及其拉拔钢丝的表面轴向应力,并测量了盘条内部铁素体的轴向应力分布.研究表明盘条及钢丝的表面状态对残余应力的测量值有重要的影响,盘条轴向应力沿横截面直径方向的分布比较均匀,接近于零应力的水平.经过应变量为1.8的连续拉拔形变后,钢丝外表面的轴向应力值明显提高,由原始盘条表面的6.4MPa,增加到500MPa左右.     

超声测力仪

在一些重要场合，需要实地监测螺栓中的轴向力，利用超声波监测螺栓轴向力的方法，国内外陆续有人研究，但一般认为尚未进入实用化阶段。本文介绍的“超声测力仪”是研究实用型数字直读式超声波螺栓轴力监测仪器的初步尝试。本仪器采用的是一种反射—振荡器型超声频谱仪（ＲＯＵＳ），它由特殊形式的收—发一体化换能器和选通放大器构成基本振荡环节，其振荡频率随被测螺栓内的轴力而变。试验结果表明：针对被紧固工件的公称尺寸将仪器调节好之后，螺栓内的轴向力与频率变化量之间呈较好的线性关系，仪器可将螺栓轴向力直接以公斤值指示出来。