[发明专利]一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法

说明书

本发明公开了一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法，属于超声波无损检测技术领域。该方法包括步骤：选取标定螺栓；在零应力状态下，通过超声波测量标定螺栓，得到基准波形；在不同应力状态下，通过超声波测量标定螺栓，得到标定数据；利用最小二乘法使用标定数据拟合低弹模螺栓预紧力公式，得到螺栓预紧力系数；通过超声波测量待测螺栓，得到测量波形；对测量波形进行降噪处理，并利用时延算法计算得到测量波形和基准波形之间的超声时延；利用低弹模螺栓预紧力公式，将测量波形和基准波形之间的超声时延代入计算，得到待测螺栓的预紧力大小。采用该方法测量低弹性模量材质螺栓的预紧力，可以有效改善其测量精度。

技术领域

本发明涉及一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法，属于超声波无损检测技术领域。

背景技术

螺栓连接作为工程生产中重要的连接方式，具有结构简单、装卸方便、效率高、成本低等优点，被广泛应用于航天航空、交通桥梁、建筑结构、化工产品等重要设备中。

在实际工程建设中，不合适的螺栓预紧力会损坏螺栓连接副的质量，并直接影响到设备的整体性和可靠性。因此，准确、直观且便捷地测量螺栓预紧力对其在工业领域的广泛应用起到至关重要的作用。传统的螺栓预紧力测量方法有扭矩扳手法、电阻应变片法等，但大多方法由于其控制精度差、测量效率低等问题，在螺栓预紧力监测方面的应用还存在一定的局限性。近年来，无损检测技术中的超声测量方法在螺栓预紧力测量应用中取得了快速发展，超声波法测量预紧力基于声弹性的理论基础历经多年研究也得到了完善。其中，超声纵波法因其沿中轴传输，对柱状形状的螺栓具有极高的灵敏度，被广泛运用于螺栓应力的工程测量中。

在航天航空领域中，随着车辆轻量化进程的推进，低弹性模量材质螺栓(如：铝制螺栓、铜制螺栓等)正在被大量的用于车体中，从而达到车辆整车减重的目的。在现有超声螺栓预紧力测量方案中，所测螺栓多为碳钢或不锈钢螺栓，该种螺栓的弹性模量大、声弹性效应弱，因此在测量中可近似认为超声传播时间和螺栓预紧力成正比。但对于低弹性模量材质螺栓，由于其弹性模量小，相同预紧力下螺栓伸长率较碳钢或不锈钢螺栓大很多，由于声弹性具有累加效应，即声弹性效应造成的波速变化所引起的超声传播时间变化会随着螺栓伸长率的增大而增大，从而导致低弹模材质螺栓使用超声法测量螺栓预紧力时不可忽略声弹性效应影响，使得超声传播时间和螺栓预紧力不再是简单的正比关系。因此，一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法对于车辆关键低弹模螺栓的预紧力检测方面具有重要的应用意义。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法，该方法能简便快捷、低成本、高精度地测量低弹性模量材质螺栓的预紧力大小。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法，包括步骤：

S1、选取待测螺栓同规格同批次的任意螺栓作为标定螺栓；

S2、在零应力状态下，通过超声波测量所述标定螺栓，得到基准波形w₀；

S3、在不同应力状态下，通过超声波测量所述标定螺栓，得到标定数据σ_i和Δt_i，其中σ_i表示应力大小，Δt_i表示对应应力下的超声时延；

S4、利用最小二乘法使用所述标定数据拟合低弹模螺栓预紧力公式，得到螺栓预紧力系数；所述低弹模螺栓预紧力公式考虑声弹性效应造成的非线性影响，是关于螺栓预紧力与超声时延的精确求解模型；

S5、通过超声波测量所述待测螺栓，得到测量波形w_test；

S6、对所述测量波形w_test进行降噪处理，并利用时延算法计算得到所述测量波形w_test和所述基准波形w₀之间的超声时延Δt_test；