[发明专利]一种螺栓结合面真实接触面积测量装置及方法

权利要求书

1.一种螺栓结合面真实接触面积测量方法，其特征在于，采用螺栓结合面真实接触面积测量装置，包括支撑箱座(1)，支撑箱座(1)上固定有下试件(2)，下试件(2)上通过螺栓(4)连接有上试件(3)，支撑箱座(1)上设有通孔，通孔中设置有若干纳米级光纤位移传感器(5)，所述纳米级光纤位移传感器(5)通过调整组件连接在下试件(2)上，且纳米级光纤位移传感器(5)的顶部穿过下试件(2)连接至下试件(2)和上试件(3)的结合面(10)，纳米级光纤位移传感器(5)的底部通过信号采集系统(11)连接至计算机(12)；

所述螺栓结合面真实接触面积测量方法包括以下步骤：

步骤一：通过调整组件将纳米级光纤位移传感器(5)调至测量量程范围内；

步骤二：通过紧螺栓(4)至预定的预紧载荷，在拧紧过程中，下试件(2)静止，上试件(3)在螺栓(4)的作用下向下压紧下试件(2)，结合面(10)间的微凸体发生变形开始接触；随着载荷的增大，上试件(3)和下试件(2)结合面间的接触区域内微凸体变形增大，接触区域内间隙减小直至间隙为零，纳米级光纤位移传感器(5)获取的位移量也逐渐减小至零；加载过程中通过信号采集系统(11)将各个纳米级光纤位移传感器(5)的数据采集并传输至计算机(12)，即获取加载过程中不同预紧载荷下结合面的位移值，从而获取结合面的接触刚度；

步骤三：当达到预紧载荷值，接触区域的纳米级光纤位移传感器(5)接收光量为零，非接触区域由于上下结合面间有间隙，纳米级光纤位移传感器(5)接收光量不为零，即位移值不为零，以螺栓(4)的轴线与结合面(10)的交点为螺栓中心，距离螺栓中心最近的且还有位移值输出的纳米级光纤位移传感器(5)的中心位置，即为螺栓结合面开始出现非接触区域的位置，由螺栓中心到此位置即为接触区域半径，即可求出在该预紧载荷下的螺栓结合面真实接触面积；

步骤四：重复上述步骤一至步骤三并改变预紧载荷，即获得不同预紧载荷下螺栓结合面的真实接触面积。

2.根据权利要求1所述的一种螺栓结合面真实接触面积测量方法，其特征在于，所述的调整组件包括外套筒(7)，外套筒(7)上部活动连接有固定螺套(6)，固定螺套(6)与下试件(2)固定连接，外套筒(7)中设有内套筒(9)，且内套筒(9)上部穿插设置在固定螺套(6)中，纳米级光纤位移传感器(5)穿插设在内套筒(9)中。

3.根据权利要求2所述的一种螺栓结合面真实接触面积测量方法，其特征在于，外套筒(7)上部设有内螺纹，固定螺套(6)下部设有外螺纹，外套筒(7)和固定螺套(6)通过螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的一种螺栓结合面真实接触面积测量方法，其特征在于，内套筒(9)的下部直径大于上部直径，内套筒(9)的下部和上部之间形成平台，固定螺套(6)的底部和平台之间设有弹簧(8)。

5.根据权利要求4所述的一种螺栓结合面真实接触面积测量方法，其特征在于，通过调整组件将纳米级光纤位移传感器(5)调至测量量程范围内具体为：通过调整外套筒(7)和固定螺套(6)之间的距离，使其压紧弹簧(8)，通过弹簧(8)带动内套筒(9)，进而通过内套筒(9)带动纳米级光纤位移传感器(5)，将纳米级光纤位移传感器(5)微调至测量量程范围内。