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     

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。     

声弹性法测量铝合金预拉伸板中的应力

研究温度和应力对7050铝合金预拉伸板中的超声纵波、偏振横波和临界折射纵波传播速度的影响,并分析不同频率临界折射纵波在梯度应力场中的传播规律。结果表明:温度对声速的影响大于声弹效应的影响;单轴拉伸时,沿轴向传播的临界折射纵波、平行轴向偏振的横波的速度降低,垂直应力方向偏振横波的速度升高,垂直轴向传播的纵波速度变化不大;临界折射纵波的频率越高,其所反映的应力越接近表面;声弹性法测得的应力是声传播路径上各点应力在超声波造成的质点振动方向上分量的综合反映。     

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。     

杆中导波声弹敏感模态与激励频率的确定方法

基于超声导波声弹性效应检测波导结构的应力水平具有潜在的优势。为实现超声导波声弹应力检测的关键技术——检测模态与激励频率的选取,提出一种基于Murnaghan超弹模型的有限元特征频率法。使用该方法计算预应力杆中的频散特性,得到反映不同激励频率应力敏感性的声弹频散曲线,与文献中的L(0,1)模态试验结果进行对比,趋势一致,说明该方法的适用性。为进一步验证该方法的可靠性,选取L(0,1)模态声弹敏感的几组频率,在自制拉伸试验平台上,对碳素钢杆进行超声导波声弹试验。试验结果表明:低应力区域误差较大,在高应力区域误差均低于10%,且声弹常数与理论结果趋势一致。研究表明该理论方法可指导超声导波声弹应力检测时频率与模态的选取。     

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。     

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。     

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。     

纤维增强复合板中声弹Lamb波的波结构分析

基于线性三维弹性理论和"增量变形力学"理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了在水平和垂直方向施加初应力时,沿纤维增强复合板的非主对称轴方向传播的声弹Lamb波的波动方程,并对波动方程进行数值求解。为了验证方法的准确性,将该文方法求解的各向同性材料的相速度频散曲线与Disperse^?软件的计算结果进行比较,两者吻合良好。以单层单向纤维增强复合材料板为例,计算了无初应力状态下的波结构应力曲线,并与应力自由边界初始条件的一致性进行了比较。研究了水平和垂直方向初应力效应对Lamb波频散曲线的影响。针对声弹效应较为敏感的Lamb波A0模态,着重分析了初应力效应对波结构位移分布曲线的影响。     

激光熔覆再制造涂层应力超声无损评价

基于声弹理论研究激光熔覆再制造涂层应力超声无损评价方法。应用泰勒级数展开法对激光熔覆层中声弹公式进行合理简化,结合静载拉伸实验,标定熔覆层声弹系数。结果表明:随着拉伸应力的增加,瑞利波在Fe314激光熔覆层中的传播速度变化率以线性规律增加,拉伸应力大于495MPa时,瑞利波信号的传播速度不再以线性规律变化。结合超声传播理论及微观组织揭示声弹曲线变化规律及其对应力评价结果的影响机理。结果表明:各向异性熔覆层的非均匀变形是导致高应力阶段声弹曲线波动的主要原因,各向异性组织效应会影响应力检测结果的可靠性,熔覆层间声波的传递对检测结果的影响可以忽略。通过对声弹曲线进行拟合确定了各向异性组织效应影响因子。佐证实验结果表明,采用本研究提出的方法,有效降低了组织效应对检测结果的影响,提高了激光熔覆再制造涂层应力超声无损检测的可靠性(最大相对误差为4.4%)。     

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。     

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。     

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%。     

基于信号相关法的材料弹性常数无损测量

研究了信号相关法在超声法材料声弹性常数测量中回波时间差的自动识别计算.通过计算机模拟的方法,分别采用信号插值、相关系数拟合两种相关系数峰值提取方法,对相关运算算法的精度、抗噪声能力、稳定性进行了验证和比较.在实验部分通过计算横波、纵波在各向同性试件中传播的回波时间差,得出超声横波、纵波波速,根据声弹性理论最终计算出材料...     

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。     

橡胶隔振器大变形有限元分析

以橡胶隔振器为研究对象,基于超弹性本构模型,对拉伸、压缩、剪切状态下分别进行有限元计算,探讨橡胶等不可压缩材料大变形有限元建模技术;重点研究橡胶结构不同受载方式下变形模式及有限元分析所需要的材料试验数据。经与试验结果对比分析,得到隔振器三种状态下,填充超弹本构模型最优的材料数据类型,为橡胶结构件的数值模拟提供有益参考。     

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。