[发明专利]一种基于超声横波的高强度螺栓剪切应力检测方法

权利要求书

1.一种基于超声横波的高强度螺栓剪切应力检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、获取需检测的在役螺栓的复制试件，所述复制试件与待测螺栓的大小，形状，材料和强度均相同；

步骤2、对待测螺栓进行标定实验，获取待测螺栓中超声波横波波速与其所受剪切应力的关系；根据声弹性理论，沿螺栓轴向传播的超声波横波波速与螺栓所受应力的关系成线性关系，其关系简化为：

其中，V_σ为应力为σ时的超声波横波波速，A和k为常数；

步骤3、当螺栓长度已知的时候，根据步骤2所述的关系，通过测量无应力时超声波渡越时间和有应力时超声波渡越时间能够得出螺栓受剪切应力时的波速，进而得出螺栓所受剪切应力大小；

所述步骤2具体为：

搭建螺栓应力超声实验系统，将螺栓固定在剪切力拉伸装置中，在复制试件端面安装超声波横波换能器，将超声波横波换能器、超声驱动器、数字示波器和上位机依次连接；对复制试件进行应力加载实验和超声波渡越时间测量实验，标定复制试件无应力时和有应力时的超声波横波渡越时间和所受剪切应力的大小；

首先，选取标定点，测得无应力时的渡越时间t₀，其有如下公式：

其中，L₀为螺栓总长度，V₀为无应力时超声波横波波速，L₁为螺栓有效受力区间长度，L₂为螺栓不受应力区间长度；

然后，进行应力加载实验，对复制试件以1MPa为一个单位逐级增加螺栓剪切应力，所加应力应不超过试件材料的屈服应力，各大小应力均保持一段时间用以进行超声波渡越时间测量实验；在各应力保持时间内，选取中心频率为0～10MHz的超声波横波探头，在选择的标定点安装超声波横波探头，使超声波横波偏振方向平行于剪切应力方向，依次对每一个应力大小进行超声波渡越时间测量实验，测得各应力为σ时的渡越时间t_σ，其有如下公式：

二者相减得到：

其中V_σ为应力为σ时的超声波横波波速，由式(2)可得V_σ的值；

经过多次实验，测得所有应力与对应的波速，进行线性拟合，并根据公式(1)进行标定得出式(1)中的常数A和k，即测得待测螺栓应力与波速平方的线性关系；

所述步骤3具体为：

根据标定点确定检测点，先使用安装的超声波横波探头，对待测螺栓进行超声波渡越时间测量实验，获取检测点处的有应力σ时的横波渡越时间，将应力为σ时的渡越时间t_σ带入到公式(2)中，得到此时超声波横波波速，再将超声波横波波速带入公式(1)中，即可得到此时螺栓所受的超声波横波偏振方向的剪切应力；

使探头绕螺栓轴线旋转15°，重复步骤1至步骤3，获得螺栓在此时超声波横波偏振方向的剪切应力；再次将螺栓旋转，进行重复实验，直到获得垂直于螺栓轴线平面所有方向的剪切应力。