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。     

在补焊圆板中残余应力的声弹性应力分析

声弹性应力分析的根据是,材料在应力作用下,由起初的各向同性变成各向异性。这样偏振超声剪切波产生的双折射效应,就会和利用一束光波和一块透明模型试样所产生的光弹效应相类似。本文中用一个5千赫兹剪切型发射器通过声循环法直接测量垂直偏振声波的声速差。用该方法测量了带有同心补焊接头的碳钢圆板中的残余应力分布。声弹性系数,分别用基材的单轴向试验获得。实验结果表明,以无损方式进行的声应力测量的结果,与由常规的破损法获得的结果以及与理论予计值相当吻合。     

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。     

粗糙表面固态耦合超声检测研究

固态耦合超声检测时两固体粗糙表面接触界面处的超声波不完全耦合,为提升该界面处超声检测的耦合效果,需深入研究其耦合特性。以粗糙表面的弹簧接触模型为基础,结合粗糙表面接触理论推导出固态耦合超声检测的耦合界面理论模型。根据实际情况以及材料参数分析,得到表征界面耦合效果的平均声反射系数与接触载荷以及接触表面当量粗糙度的关系,并与T模型的计算结果进行对比。在不同当量表面粗糙度和不同接触载荷下分别测得接触界面的平均声反射系数,并对比了不同当量表面粗糙度下界面声耦合效果达到最佳时接触载荷的理论值和实验值,计算得最大相对误差为13.04%,表明实验结果与所提出的理论模型结果基本吻合。所建立的固态耦合超声检测界面理论模型形式简洁,实用性强,并可通过针对性地控制相关参数来改善耦合效果。     

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。     

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。