钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量技术

为确保钢结构工程的可靠性和安全性,必须严格控制连接螺栓的预紧力,必要时还要在线监测螺栓工作应力。依据声弹性原理,提出了利用高强度螺栓轴向应力与拧紧前后超声波渡越时间差的关系,结合螺栓材料系数、夹紧厚度等参数,间接检测螺栓轴向应力的方法。克服了耦合层厚度的离散以及温度变化造成的测量误差,大幅度提高了应力的测量精度。在此基础上,提出了材料系数预测、校正的方法。精度分析结果表明,螺栓应力测量精度优于5％,可满足绝大多数工业现场的要求。     

螺栓塑性变形区域转角紧固方法

柴油机的气缸盖、主轴承盖及连杆大头盖等部位，连接螺栓的轴向预紧力决定了螺栓连接牢度、密封性及可靠性。 用扳手拧紧螺栓使其产生轴向拉力时，螺栓同时承受拉应力和扭应力，当拉应力达到材料屈服强度的８０％时，螺栓就会产生塑性变形，因此，紧固螺栓通常是在其弹性变形区域内进行的。 为了充分发挥螺栓的工作能力，螺栓的预紧应力可达材料屈服强度的 ５０％～７０％，预紧力矩约为预紧力与螺纹公称直径之积的０．２倍。约５０％的预紧力矩是由其螺旋面的摩擦力决定的，另５０％则是由螺栓头螺母支承面的摩擦力决定的。用扭力扳手按要…     

基于扭矩法和超声法检测螺栓预紧力的误差分析

文中分析了螺栓预紧力测量中的扭矩法和超声法的检测精度。基于扭矩法和超声法的检测原理,设计出检测装置,采用这2种方法对同类型紧固螺栓的预紧力进行了测量分析,并根据测量结果,分析了采用扭矩法和超声法测量紧固螺栓预紧力的测量误差。结果表明,在实验室环境下,与扭矩法相比,采用超声法测量螺栓预紧力的误差更小。     

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.     

不同螺栓预紧力的水轮机顶盖及螺栓的静应力分析

使用ANSYS有限元软件建立了某电站轴流式水轮机顶盖及螺栓的模型,研究了不同预紧力工况下顶盖及螺栓的变形和应力分布。结果表明:顶盖应力梯度较大处主要存在于于内顶盖上盖板、内外顶盖法兰螺栓把合处以及开孔两端,螺栓同时承受轴向荷载和弯矩的作用,螺栓横截面应力存在不均匀性;顶盖局部应力与预紧力敏感性比较弱,螺栓应力变化敏感,螺栓预紧力的敏感性依次为变化相对短筋板、上盖板、长筋板。     

螺栓连接零件受拉力和压力的无线测量新方法

针对螺栓拉应力仅能测量螺栓连接零件受到的拉力,而无法测量压力的局限,在螺栓连接的两零件之间引入了高刚度弹性元件,并利用无线应变测试系统,通过测量螺栓因弹性变形产生拉力F的变化,实现了复杂工况下螺栓连接零件受拉压外力Fe的无线测量。设计、制造了测力螺栓和弹性元件;采用ANSYS软件分析了弹性元件的压应力及变形量,通过正交设计法优化了弹性元件的结构。建立了测量方法的计算模型,得到了测力螺栓受拉力F与螺栓连接零件所受的拉压外力Fe的关系,进行了不同预紧力下螺栓连接零件受拉压外力Fe的实验验证。研究结果表明,凹槽深度和单侧凹槽数量是影响弹性元件性能的关键因素。螺栓连接零件受拉压外力可以实时、准确地得到测量,零件受拉压外力与测力螺栓处受力为线性关系。     

低温BOG压缩机气缸螺栓预紧研究

采用有限元方法对BOG压缩机气缸螺栓进行了模拟计算,得到了预紧螺栓在压力、温度载荷作用下的应力和接触状态.分析了材料属性、预紧力矩值、螺栓排列方式及螺栓个数等对螺栓连接性能的影响.研究结果表明,当气缸和缸盖采用奥氏体不锈钢材料时预紧力矩应比常温下取得大,而采用Ni35时常温下的预紧力矩即可以满足要求;预紧力矩取值越大,被连接件结合越紧密,但同时螺栓的应力也越大;螺栓排列越靠气缸内侧时,所需预紧力越小;而螺栓个数的选取应兼顾气缸密封状态和螺栓应力状态.     

超声波监控法兰连接中螺栓的预紧力研究

本文在对超声波测厚计测量螺栓栽荷的基础试验工作中,通过对试件螺栓的标定试验求取螺栓系数K,进而在模拟管法兰连接的试验装置上对螺栓的实际预紧载荷进行测量和调整试验,同时与应变计复测的结果作了比较。结果表明,经过改设声速微调器的超声波测厚计和探头耦合器用于监控法兰连接螺栓的预紧载荷能满足工程要求,螺栓载荷的平均值偏差为2%。用于调整残余螺栓力时,螺栓裁荷与平均值的偏差在士10～15%范围内。     

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。     

基于ABAQUS的螺栓预紧分析

对扭矩法控制螺栓预紧力进行理论分析,建立了螺栓三维模型.通过前处理软件将网格模型导入ABAQUS软件,运用面面接触分析螺栓预紧状态,计算出不同参数对接触面应力大小及分布影响;就预紧力矩的精确控制提出几点建议.     

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。     

磁致伸缩导波在锚杆检测中的应用

为了实现对埋地锚杆的长度以及缺陷的高效检测,提出了一种基于磁致伸缩导波原理的锚杆无损检测新方法。在研究了锚杆中纵向模态导波模型的基础上,计算了直径20 mm的锚杆的频散曲线,搭建了锚杆检测实验系统,并利用该系统完成了空气中以及埋地结构中锚杆长度和缺陷的检测实验。研究结果表明:该方法能实现对空气中以及埋地结构中锚杆的长度、缺陷的检测,具有检测精度高、检测过程简单等特点,可以应用在实际锚杆质量检测中。     

基于有限元的弹性接触问题的探讨

探讨了组合结构法在弹性接触问题中的应用,并以螺栓联接为例,建立了用弹性力学有限元的组合结构法解决繁杂弹性接触问题的力学模型。该模型综合考虑了设计精度、制造误差、装配情况及载荷工况等因素对螺栓受力的影响,能够精确给出螺纹载荷和根部应力分布规律以及螺栓联接的变形情况。     

Research Review of Principles and Methods for Ultrasonic Measurement of Axial Stress in Bolts

Bolts are important fasteners indispensable in the manufacturing field for their advantages, which include convenient assembly and disassembly, easy maintenance, refastenability to prevent looseness, and the avoidance of a phase change in the connected material composition. The precise control of the tightening force in bolts is closely related to the safety and reliability of the connected equipment or structure. Although there are many methods for estimating the tightening force applied to a bolt during assembly, poor accuracy in controlling the preload during the tightening process and a lack of monitoring to determine the residual axial force in service remain issues in evaluating the safety of bolted assemblies. As a nondestructive testing technology, ultrasonic measurement can be applied to successfully address these issues. In order to help researchers understand the theoretical basis and technological development in this field and to equip them to conduct further in-depth research, in this review, the basic knowledge describing the state of stress and deformation of bolts, as well as conventional testing methods are summarized and analyzed. Then, through a review of recent research of the ultrasonic measurement of the axial stress in bolts, the influence of the e ective stressed length and temperature are analyzed and proposed methods of calibration and compensation are reviewed. In order to avoid coupling errors caused by traditional piezoelectric transducers, two newly proposed ultrasonic coupling technologies, the electromagnetic acoustic transducer(EMAT) and the permanent mounted transducer system(PMTS), are reviewed. Finally, the new direction of research of the detection of residual axial stress in in-service bolts that have been assembled to yield is discussed.     

抗疲劳钢轨普通螺栓的理论分析与试验

应用ANSYS8.0有限元软件对普通螺栓进行接触分析,研究螺纹根部应力分布规律以及应力分布对螺栓疲劳寿命的影响,并在200kN电液伺服试验机上进行动态疲劳试验,得出结论：普通螺栓要及时进行更新,以防事故的发生。     

Measurement of elastic constants of limited-size piezoelectric ceramic sample by ultrasonic method

Measurement of material elastic constants for limited-size samples by ultrasonic method is described and validated. Based on acoustic microscope technology, the material elastic constants are determined by longitudinal wave and leak surface wave velocities simultaneously measured by developed ultrasonic system with a line-focus PVDF transducer. In this paper, the elastic constants of limited-size Cr₂O₃ doping on 0.2 PZN–0.8 PZT piezoelectric ceramic wafer sample are determined and the measurement errors are analyzed. The experimental results show this ultrasonic system can be used for measurement of material elastic constants for limited-size samples with high measurement precision, and the relative errors for Poisson’s ratio and Young’s module measurements are, respectively, less than 1% and 3%. It can satisfy the requirement of engineering and science research. Furthermore, it is suitable to measure elastic constants of both isotropic and anisotropic materials by ultrasonic method with help of developed ultrasonic system.     

基于有限元子模型法的架桥机主梁螺栓强度分析

介绍了节段拼装一体化架桥机的主体结构,特别是主梁结构.为了得到架桥机桁架主梁中节段连接构件螺栓的受力情况,选取全悬挂工况对主梁的强度和刚度进行分析,通过有限元子模型法建立螺栓计算的子模型,施加边界条件,对螺栓进行受力分析.计算结果表明,采用有限元子模型法可以较准确地获得螺栓的受力情况,且该方式对计算机性能要求较低,为架...     

基于等效模型的铰制孔螺栓力学设计与优化

文中在常规有限元仿真基础上,引入螺栓轴向刚度与剪切刚度,建立了包含简化螺栓模型的系统级有限元模型.通过仿真获得了螺栓的轴向载荷与剪切载荷,计算结果表明,不同螺栓的初始载荷分布严重不均衡.以螺栓轴向载荷方差最小为目标,针对螺栓布局开展优化.优化后的结果表明,螺栓最大承载降低了29.5％,螺栓强度、寿命均满足设计要求.相较...