[发明专利]一种测试高强螺栓结合面法向静态特性装置及方法

权利要求书

1.一种测试高强螺栓结合面法向静态特性的装置，包括材料试验机（1）、两个螺杆（2）、下试件（3）、上试件（4）、高强螺栓（5）、无槽定位支架（7）、有槽定位支架（8）、电涡流位移传感器（9）、力传感器（10）、动态应变仪、模态测试系统和PC机；其特征在于：高强螺栓（5）垂直穿过上试件（4）和下试件（3）中心处的通孔，为高强螺栓（5）施加一定预紧力，使上试件（4）的端面和下试件（3）的端面相互贴合构成结合面，高强螺栓（5）预埋了应变片，应变片引出导线连接动态应变仪；无槽定位支架（7）和有槽定位支架（8）分别均匀固定在上试件（4）和下试件（3）外侧表面中心处，电涡流位移传感器（9）夹紧在有槽定位支架（8）上，无槽定位支架（7）提供电涡流位移传感器（9）的测距参考面，电涡流位移传感器（9）用于测量结合面法向位移变化量；上试件（4）和下试件（3）通两个螺杆（2）分别与材料试验机连接；材料试验机（1）搭载力传感器（10）并沿纵向为上、下试件施加静态拉力；测量预紧力以及高强螺栓应变信号的动态应变仪、测量结合面法向位移变化量的电涡流位移传感器（9）及测量静态力信号的力传感器（10）将各自信号输出至模态测试系统，然后输送至PC机。

2.根据权利要求1所述的一种测试高强螺栓结合面法向静态特性装置，其特征在于：上试件（4）和下试件（3）完全相同。

3.根据权利要求1所述的一种测试高强螺栓结合面法向静态特性装置，其特征在于：所述电涡流位移传感器（9）采用型号为SV3300的电涡流趋近式传感器；所述力传感器（10）采用型号为BK55687的力传感器。

4.一种基于权利要求1所述装置的测试高强螺栓结合面法向静态特性的方法，其特征在于：

步骤1，向高强螺栓施加预紧力，通过设定材料试验机（1）的加载速度以及不大于预紧力的加载力，对下试件（3）、上试件（4）施加纵向的静态拉力；

步骤2，在施加静态拉力的过程中，动态应变仪、电涡流位移传感器（9）、以及力传感器（10）分别将高强螺栓应变信号、结合面法向位移变化信号、以及静态拉力信号传输至模态测试系统，然后输出送至PC机，当材料试验机（1）的加载力达到所设定的加载力大小时会自动停止；

步骤3，根据步骤2得到的数据进行分析，得到不同结合面受力所对应的结合部刚度，

首先，计算结合面受力y，计算公式为如下：

结合面受力y=设定的高强螺栓预紧力-材料试验机（1）的加载力；

其次，对计算得到的结合面受力y，以及电涡流位移传感器（9）测量得到的结合面法向位移量x进行曲线拟合，即y=f(x)，该曲线的导函数即为结合部刚度函数，即k=y^;，提取一组结合面受力y_i，以及y_i对应的结合部刚度值k_i；

步骤4，改变施加给高强螺栓的预紧力，重新设定材料试验机（1）的加载速度以及加载力，得到多组结合面受力y_i，以及y_i对应的结合部刚度值k_i；

步骤5，将以上步骤所得的多组不同结合面受力范围对应的结合部刚度数据，进行多项式拟合，所得的拟合函数即为修正后的结合部刚度函数K，其中，当结合面受力y_i相同，对应的结合部刚度值k_i不同时，对结合部刚度值k_i求平均；

步骤6，计算被联结件的刚度k_m，计算方程式为：

km=πEdtanαln[(2ttanα+d1-d)(d1+d)(2ttanα+d1+d)(d1-d)]]]>

其中，d₁为高强螺栓垫片的外直径，d为高强螺栓直径，α为高强螺栓垫片有效作用包络角度，E为被联结件材料的弹性模量，t为单个被联接件的厚度；

步骤7，根据上述修正后的结合部刚度函数K，以及被联结件的刚度k_m，得到高强螺栓结合面的刚度函数k_n，计算公式如下：

kn=11K-1km.]]>