[发明专利]一种螺栓轴向应力的非线性超声检测方法

说明书

本发明提供一种螺栓轴向应力的非线性超声检测方法，其实施步骤如下：步骤A：基于超声波在各向同性介质中的传播理论，建立二次谐波幅值与基波幅值之间的关系模型，得到相对非线性系数的表达式；步骤B：对螺栓试样进行轴向应力加载实验并进行非线性超声检测，计算出不同应力状态下的相对非线性系数；步骤C：对加载的轴向应力和对应的相对非线性系数进行拟合，确定螺栓轴向应力超声检测系数，最终得到螺栓轴向应力和相对非线性系数的关系式；通过以上步骤，可以实现螺栓轴向应力的非线性超声检测，该方法可以对螺栓的轴向应力进行快速、准确地检测，提高螺栓轴向应力检测技术的准确性和实用性。

一.技术领域

本发明提出了一种螺栓轴向应力的非线性超声检测方法，它涉及螺栓紧固件检测技术领域。

二.背景技术

螺栓作为一种常见的紧固件，以其连接性能好、拆卸简单、成本低的优势广泛应用于航空航天、铁路交通、船舶轮机、装甲车辆、民用制造等工业领域中，用来保证良好的连接性能或密封效果。在服役过程中要求螺栓要保持足够的强度和刚度，来满足整体结构的稳定性要求。但在工作过程中螺栓不可避免地受到轴向力的作用，随着时间的累积，螺栓的整体性能会发生退化，对其服役性能以及使用寿命有着很大的影响。在极端情况下，甚至会发生螺栓突然断裂的情况，造成重大的人员安全事故和财产损失。因此，对螺栓所受到的轴向力进行检测十分必要。

由于超声波的传播过程可以直接反映材料的内部特性，因此超声波检测技术成为评估材料性能的主要方法之一。传统的超声检测方法是通过声速与应力之间的关系来对材料的应力进行评估，然而当应力变化100MPa时，声速仅变化0.01％，因此，通过波速的变化来反映材料所受应力不够准确。非线性超声检测技术作为一种无损检测的新方法，能够精确地表征固体材料微结构的变化，近年来受到了广泛的研究。材料微结构的变化大多是由位错和滑移引起的，超声波在材料内部传播的时候，会与这些微观缺陷作用而产生非线性响应，导致波形发生畸变，产生高次谐波。

本发明提出了一种螺栓轴向应力的非线性超声检测方法，具有较好的通用性及创新性，可以实现螺栓轴向应力的准确、快速测定。

三.发明内容

1.发明目的

本发明的目的是提供一种螺栓轴向应力的非线性超声检测方法，用来对螺栓轴向应力进行快速、准确地检测，提高螺栓轴向应力检测技术的准确性和实用性。

2.技术方案

本发明提供一种螺栓轴向应力的非线性超声检测方法，其实施步骤如下：

步骤A：基于超声波在各向同性介质中的传播理论，建立二次谐波幅值与基波幅值之间的关系模型，得到相对非线性系数的表达式；

步骤B：对螺栓试样进行轴向应力加载实验并进行非线性超声检测，计算出不同应力状态下的相对非线性系数；

步骤C：对加载的轴向应力和对应的相对非线性系数进行拟合，确定螺栓轴向应力超声检测系数，最终得到螺栓轴向应力和相对非线性系数的关系式；

通过以上步骤，可以实现螺栓轴向应力的非线性超声检测，该方法可以对螺栓的轴向应力进行快速、准确地检测，提高螺栓轴向应力检测技术的准确性和实用性。

其中，步骤A中所述的“基于超声波在各向同性介质中的传播理论，建立二次谐波幅值与基波幅值之间的关系模型，得到相对非线性系数的表达式”，其具体做法如下：

根据超声波在各向同性介质中的传播规律，其一维波动方程如下：

式(1)中：

ρ——材料的密度；

u——x方向的位移；

t——传播时间；

σ——x方向的应力；