[发明专利]一种基于微分法的螺栓紧固轴力超声检测方法

说明书

本发明提供一种基于微分法的螺栓紧固轴力超声检测方法，歩骤如下：(1)建立螺栓紧固轴力和超声传播时间差之间的数学关系，建立螺栓紧固轴力超声检测原理模型；(2)建立螺栓连接结构的有限元模型，并进行静力学仿真，获取螺栓中轴线上的轴向应力数据，计算得到螺栓形状因子；(3)结合临界折射纵波进行加载试验，对加载应力和测得的时间差进行线性拟合，得到螺栓材料的声弹性系数；(4)将螺栓形状因子、声弹性系数及其它螺栓材料属性参数代入检测原理模型，确定螺栓紧固轴力超声检测系数。本发明提高了检测模型的适应性，获得了不同规格和不同连接状态下螺栓的超声检测系数；该方法成本低，适应性好，实现了超声检测参数的准确、快速确定。

技术领域

本发明提出了一种基于微分法的螺栓紧固轴力超声检测方法，该方法所述的方法适用于螺栓紧固轴力超声声时法无损测量，属于螺栓紧固件检测技术领域。

背景技术

螺栓连接因其装配简单、拆卸方便、效率高、成本低、适应性好等优点被广泛应用于装甲车辆、航空航天、特种机械等领域。对于不同种类的螺栓，为保证机械装备的质量和可靠性，必须对其施加恰当的预紧力。预紧力过大会使螺栓在轴向载荷的作用下容易发生断裂失效，而预紧力不足又难以达到所需要的夹紧效果。此外，由于外界载荷和环境温度变化的影响，螺栓连接会逐渐松动且不易被发现。因此装配过程中预紧力的准确控制和服役状态下残余轴力的原位监测对于保证螺栓连接质量和结构安全至关重要。

在实际工程中，螺栓紧固轴力的传统检测方法包括扭矩扳手法、螺母转角法、电阻应变片法和光测力学法等。扭矩扳手法是工程上应用最普遍的方法。然而，由于各螺纹面及螺母支承面的摩擦系数具有较大的离散性，导致扭矩系数离散，从而使得通过该方法得到的螺栓紧固轴力存在较大偏差，最高可达40％。螺母转角法通过控制螺母旋转的角度间接控制螺栓紧固力，但是难于选择转角测量的起点。而对于电阻应变片法和光测力学法，由于检测原理和测量条件的限制，工程上应用较少。作为新型无损检测方法，超声测量法越来越受到国内外的关注。该方法的关键和前提是准确获取超声传播时间和螺栓紧固轴力之间的数学关系，即确定超声检测系数。然而，现有方法普遍通过大量的标定实验获取不同规格和不同连接状态下螺栓的超声检测系数。其成本高，适应性差，不利于螺栓紧固轴力超声检测方法的工程应用。

本发明提出的是一种基于微分法的螺栓紧固轴力超声检测方法，该方法成本低，适应性好，可实现检测系数的准确、快速校准，实现螺栓紧固轴力的高精度测量，有利于进一步促进螺栓紧固轴力超声检测方法的工程应用。

发明内容

(一)发明的目的

本发明的目的是提供一种基于微分法的螺栓紧固轴力超声检测方法，实现螺栓紧固轴力的准确、无损、快速检测，进一步提高螺栓紧固轴力超声检测方法的实用性。

(二)技术方案

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供一种基于微分法的螺栓紧固轴力超声检测方法，该方法具体实施歩骤如下：

歩骤(1)、基于有限元理论和声弹性理论，建立螺栓紧固轴力和超声传播时间差之间的数学关系，建立螺栓紧固轴力超声检测原理模型；

歩骤(2)、根据螺栓连接的规格和夹紧距离，建立螺栓连接结构(包括螺栓、螺母、被连接件)的有限元模型，并进行静力学仿真，获取螺栓中轴线上的轴向应力数据，计算得到螺栓形状因子；

歩骤(3)、按照《GB/T32073-2015无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法》对与待测螺栓材质相同的标准拉伸试样进行加载实验；为提高检测时间的分辨力，利用一维快速傅里叶插值方法和互相关方法对采样数据进行处理；对加载应力和测得的时间差进行线性拟合，得到螺栓材料的声弹性系数；

歩骤(4)、将螺栓形状因子、声弹性系数及其它螺栓材料属性参数代入检测原理模型，从而确定螺栓紧固轴力超声检测系数。