[发明专利]一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法

说明书

一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法，包括测试螺栓，螺栓在螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔，盲孔远离螺头端面的一端倾斜的设有三个通孔，相邻通孔之间为120°，螺栓圆周面靠近通孔处设有用于布置应变片的环形槽。本发明的同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法，在螺栓上加工处贴片区域，在贴片区域沿圆周120度方向粘贴应变片，通过惠斯通电桥分别测量三个应变片应变，在测量螺栓轴向应力的同时，还能计算出螺栓的弯曲应力，加强了螺栓测力的全面性，同时操作简单，测试结果准确性高。

技术领域

本发明涉及螺栓稳定性测量技术领域，具体是一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法。

背景技术

螺栓对整个大型结构起着非常重要的作用，当大型结构发生形变时，这些固定各部件的螺栓所承载的应力将最先发生变化，所以螺栓预紧力的检测是十分重要的；现有测力螺栓一般通过螺栓中间插入传感器来计算轴向应力，而这种螺栓仅仅只能测量螺栓的轴向应力，无法计算因撬动载荷引起的螺栓弯曲应力。

应力：物体因外力作用下产生的抵抗变形的力称为内力，单位面积上的内力称为应力；

应变：物体在外力等因素下物体局部的相对变形；

中性层：既不受拉又不受压的过渡层；

中性轴：中性层与横截面的交线；

应变片：由敏感栅等构成的测量应变的元件；

惠斯通电桥：一种可以精确测量电阻的仪器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种方便操作、效果良好的同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置和方法。本发明是以如下技术方案实现的：一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的装置，包括测试螺栓，所述螺栓在螺头端面沿着螺栓的轴向设有盲孔，所述盲孔远离螺头端面的一端倾斜的设有三个通孔，相邻通孔之间为120°，所述螺栓圆周面靠近通孔处设有用于布置应变片的环形槽。

其进一步是：所述通孔与螺栓的轴向之间的倾斜角为45°。

所述环形槽位于螺栓的螺纹啮合区域上方。

所述环形槽的槽底直径与螺栓的螺纹小径相同。

所述盲孔的直径约为3mm，所述通孔的直径约为2mm，所述环形槽的槽宽约为12mm。

一种同时测量螺栓轴力与弯曲应力的方法，包括如下步骤：

S1、在环形槽内沿着圆周方向布置有三个应变片，三个所述应变片间呈120°分布；

S2、采用1/4桥路接入惠斯通电桥，将三个所述应变片分别接入三组桥路中；

S3、螺栓的轴向应力和弯曲应力的计算方法如下：

根据惠斯通桥路联接方式求出待测应变片应变：

其中：U₀为桥路两端电压，U为测量电压，K为应变片灵敏度系数，ε为轴向应变，三个所述应变片应变分别设为ε₀、ε₁₂₀、ε₂₄₀，螺栓的轴向应变ε为：

螺栓的轴向应力σ和残余预紧力F分别为：

σ＝Eε

F＝σA

其中，E为螺栓杨氏模量，A为贴应变片处螺栓横截面积；

根据螺栓的轴向应变，求出各个应变片因弯矩引起的弯曲应变为：

ε₀′＝ε₀-ε