[发明专利]一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法

权利要求书

1.一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其步骤如下：

S1、在与待测螺栓同一批次的螺栓中选取基准螺栓用于标定实验；

S2、在基准螺栓头部表面中心位置布置超声换能器，对基准螺栓进行预紧力标定实验，得到基准螺栓在不同预紧力下的超声回波信号，然后从超声回波信号中得到A模态和B模态渡越时间，并计算基准螺栓在不同预紧力下超声回波信号中A模态和B模态渡越时间比值；

S3、将螺栓预紧力与其所对应的超声回波信号中模态A和模态B渡越时间的比值进行线性拟合，得到螺栓预紧力与A模态和B模态渡越时间比值之间的函数关系；

S4、在待测螺栓头部表面中心位置布置超声波换能器，对待测螺栓进行超声波预紧力测量，得到待测螺栓的超声回波信号，然后从超声回波信号中得到A模态的度越时间和B模态的渡越时间并计算待测螺栓超声回波信号中A模态以及B模态的渡越时间比值：

S5、根据步骤S3得到的螺栓预紧力与A模态和B模态渡越时间比值之间的函数关系和步骤S4得到的待测螺栓超声回波信号中A模态以及B模态的渡越时间比值，计算待测螺栓的预紧力。

2.根据权利要求1所述的一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其特征在于：所述超声回波信号中A模态是指一次回波波群中第一个波包，第一个波包中幅值最高的波峰所对应渡越时间为A模态渡越时间；超声回波信号中B模态是指一次回波波群中第N个波包，第N个波包中幅值最高的波峰所对应渡越时间为B模态渡越时间，N≥3。

3.根据权利要求1所述的一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其特征在于：所述步骤S2中在基准螺栓头部表面中心位置布置超声换能器，对基准螺栓进行预紧力标定实验，得到基准螺栓在不同预紧力下的超声回波信号，然后从超声回波信号中得到A模态和B模态渡越时间，并计算基准螺栓在不同预紧力下超声回波信号中A模态和B模态渡越时间比值的具体方法是：

S21、在基准螺栓头部表面中心位置布置超声换能器，将基准螺栓使用螺栓夹具夹持在拉伸机上；

S22、在无载荷状态下，通过超声换能器对基准螺栓进行超声波预紧力测试，获得超声回波信号，从超声回波信号中得到A模态和B模态的渡越时间，并计算A模态和B模态渡越时间的比值，即为零预紧力状态下A模态和B模态渡越时间的比值；

S23、在基准螺栓的轴向上加载荷，在不同载荷下对基准螺栓进行超声波预紧力测试，获得不同载荷下的超声回波信号，即为基准螺栓在不同预紧力下的超声回波信号，从超声回波信号中得到A模态和B模态的渡越时间，并计算基准螺栓在不同预紧力下超声回波信号中A模态和B模态渡越时间比值。

4.根据权利要求1所述的一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其特征在于：所述螺栓预紧力与A模态和B模态渡越时间比值之间的函数关系为F＝KI+b，其中F为预紧力，I为A模态和B模态渡越时间比值，通过将预紧力与其所对应的A模态和B模态渡越时间的比值进行线性拟合，确定应力系数K和截距b的值。

5.根据权利要求1所述的一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其特征在于：所述超声换能器中心频率为5～10MHz。

6.根据权利要求1所述的一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其特征在于：所述方法用于公称直径为3～8mm、长度为30～50mm的小尺寸螺栓的预紧力测量。

7.根据权利要求6所述的一种基于不同模态回波信号测量螺栓预紧力的方法，其特征在于：所述超声换能器包括直径为3～5mm的压电晶片。