[发明专利]一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法

摘要

一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法，步骤如下：一:智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置构建；二：利用安置好的加载监测装置计算相关系数；三：计算载荷；四：使法兰螺栓结构进入预装配状态，此时螺栓上不施加载荷；五：执行第一轮次；六：第二轮次螺栓的目标载荷为七：根据装置显示的法兰螺栓加载最优路径，第三轮次采用反向顺序拧紧的加载顺序；八：通过步骤一构建的智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置监测法兰盘的应力分布，保证均匀性；通过以上步骤，达到了用最小轮数实现法兰盘螺栓加载均匀的要求，解决螺栓装配过程中无规定流程，操作不确定性大，无法保证螺栓加载均匀性的问题。

主权项

1.一种智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的加载监测方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一：智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置构建：A、将螺栓打孔，把光纤光栅灌入到螺栓内进行螺栓预紧力辅助监测；在法兰盘内侧两孔之间及法兰盘表面两孔之间贴装光纤光栅，共选取I、II、III、IV、V、VI、VII、VIII八个位置；将光纤光栅的栅区用胶粘紧在法兰盘内壁选取的定位点上；B、光纤光栅接口连接光纤光栅解调仪，同时连接安装测量应变配套软件的计算机，实时监控装配过程中各位置应变情况，分析法兰盘结合面的应力分布情况；C、根据光纤光栅所获取的波长和材料杨氏模量E＝194GPa计算检测点的应变和应力，计算的结果用于监测应力分布是否均匀；步骤二：利用安置好的加载监测装置计算相关系数；A、计算螺栓间的弹性模量系数；将法兰螺栓间弹性相互作用系数矩阵[A]n×n定义如下：■{Fvf}n×1‑{Fv0}n×1＝[A]n×n({Ftf}n×1‑{Ft0}n×1)       (1)弹性交互作用系数矩阵[A]n×n中，系数aij表示受影响螺栓的载荷变化量与加载螺栓加载量的比值，定义为同侧负影响系数；aij定义如下：其中，{F^vf}_n×1为螺栓目标载荷值列矩阵；{F^v0}_n×1为螺栓初始载荷列矩阵；{F^tf}_n×1为螺栓加载载荷列矩阵；{F^t0}_n×1为加载螺栓的初始载荷列矩阵；f_i^vf为受影响螺栓的最终载荷；f_i^v0为受影响螺栓的初始载荷；为加载螺栓的最终载荷；为加载螺栓的初始载荷；B、利用路径寻优及多次螺栓加载试验，在法兰螺栓加载一轮后算出最优路径，即给出下一轮的加载顺序，并将法兰螺栓加载轮数与紧密度建立关系；步骤三：计算载荷，设定每一轮次的目标载荷值，将计算的第一轮的目标载荷值设定为步骤四的目标载荷值；螺栓的目标载荷值的取值范围，即在确定安装螺栓载荷后，就能确定工作垫片应力也就能预测该工作垫片应力是否能到达相应的紧密度等级；并根据紧密度要求选择轮数；按照目标载荷值的百分比设定三轮次每一轮次的目标载荷值；其中Gb，Gs，a为垫片常数，M为设计常数：WP＝PD(A0m0+AH)＝A0max[Sm1，Sm2]+AHPD     (3)其中：其中，C为法兰盘厚度；G_b，a，G_s为垫片常数；P_D为设计压力；P^*为大气压力，0.1013MPa；为参比质量泄漏率，1mg/s；L_r为150mm外径垫片的质量泄漏率，单位mg/s；T_p为紧密性参数；A_H为流体压力作用面积；A₀为垫片面积；S_m1为设计垫片应力1；S_m2为设计垫片应力2；步骤四：使法兰螺栓结构进入预装配状态，此时螺栓上不施加载荷；在法兰螺栓结构达到预装配状态后，执行步骤五到步骤七，分轮次对法兰螺栓进行拧紧，以使螺栓上预紧力达到目标值；步骤五：执行第一轮次，首次均采用对称拧紧顺序施加载荷；第一轮轮次初始载荷为0，引入步骤二计算的同侧负影响系数，即：■其中，为第一轮加载的目标载荷值，弹性交互作用系数矩阵[A₁]_8×8为：■代入计算，求得：步骤六：第二轮次螺栓的目标载荷值为初始载荷为第一轮次加载的目标载荷值，即：根据智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置的法兰螺栓加载最优路径，第二轮次采用正向顺序拧紧的加载顺序，其弹性交互作用系数矩阵[A2]8×8为：在第二轮次正向顺序加载过程中，螺栓一在加载前不受到其他螺栓影响，螺栓二到螺栓七加载前分别受到一次同侧负影响，螺栓八受到两次同侧负影响；因此，有：■代入计算，求得：■步骤七：根据装置显示的法兰螺栓加载最优路径，第三轮次采用反向顺序拧紧的加载顺序，弹性交互作用系数矩阵[A3]8×8＝[A2]8×8，各螺栓受同侧负影响作用顺序与第二轮次相反，因此有：代入式计算，求得：步骤八：通过步骤一构建的智能光纤光栅法兰螺栓加载监测装置监测法兰盘的应力分布，保证均匀性；通过以上步骤一至步骤八，达到了用最小轮数实现法兰盘螺栓加载均匀的要求，解决螺栓装配过程中无规定流程，操作不确定性大，无法保证螺栓加载均匀性的问题。