CN114235240A - 一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测*** - Google Patents

一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测*** Download PDF

Info

Publication number
CN114235240A
CN114235240A CN202110899485.2A CN202110899485A CN114235240A CN 114235240 A CN114235240 A CN 114235240A CN 202110899485 A CN202110899485 A CN 202110899485A CN 114235240 A CN114235240 A CN 114235240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
strength bolt
stress
ultrasonic
service
temperature compensation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110899485.2A
Other languages
English (en)
Inventor
香博然
周立军
彭春
彭波
王宇云
刘文超
耿潇锋
王锴健
李玉坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solid Beijing Technology Co ltd
Original Assignee
Solid Beijing Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Solid Beijing Technology Co ltd filed Critical Solid Beijing Technology Co ltd
Priority to CN202110899485.2A priority Critical patent/CN114235240A/zh
Publication of CN114235240A publication Critical patent/CN114235240A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/25—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons
    • G01L1/255—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons using acoustic waves, or acoustic emission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明涉及一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***，包括放置在高强螺栓头部或螺栓尾部的超声波探头辅助***、传感器与仪器连接的线缆、含有超声收发设置和处理检测算法的高强螺栓应力测量仪。该方法适用于检测在役高强螺栓的轴力，通过实时测量高强螺栓中横波和纵波的声时值，运用处理检测方法检测高强螺栓此时的轴力，并通过修正补偿参数对处理检测方法进行补偿，以此使检测值更能反馈高强螺栓此时的轴力状态。

Description

一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***
技术领域
本发明专利涉及在役高强螺栓应力的检测技术领域，特别涉及一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***。
背景技术
在风电、游乐设施等行业中，大量使用高强螺栓紧固、锁紧、连接的目的。高强螺栓的轴向拉应力大小作为高强螺栓的性能和使用寿命的重要因素，其大小对器械的使用安全起到至关重要的作用，在高强螺栓安装的过程中一般使用扭力扳手，但因预设扭矩值与施工扭矩值存在一定误差，且无法测量其真实的扭矩值或轴力值，因此提供一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***，保证在役高强螺栓满足应力要求。
发明内容
本发明专利的主要目的在于提供一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***，可以有效解决背景技术中的主要问题。
为实现上述目的，本发明专利提供如下技术方案：一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***，包括高强螺栓应力测量仪、放置在高强螺栓头部或螺栓尾部的超声波传感器、超声波探头辅助***、线缆，其特征在于，所述高强螺栓应力检测仪通过线缆连接超声波传感器，所述超声波传感器放置在高强螺栓头部或尾部，所述超声波传感器固定在超声波探头辅助***中进行定位吸附。
在该***含有超声波探头辅助***包括左壳、右壳、底盖、环形磁铁、环形橡胶垫圈，所述左壳、右壳为环状中空结构并在顶部和边缘处开设螺纹孔，所述底盖在边缘处开设通孔，所述超声波传感贯穿环形磁铁和橡胶垫圈。
本发明的目的可以通过下列技术方案实现：
步骤S1：建立超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型；
所述关系模型为：
Figure BSA0000248177720000011
其中，σ为在役高强螺栓所受应力，TT为应力状态下超声横波声时；TT0为无应力状态下超声横波声时；TL为应力状态下超声纵波声时；TL0为无应力状态下超声纵波声时；AT为超声横波声时与温度的系数；AL为超声纵波声时与温度的系数；Δt为标定时与测量时的温度差，L为高强螺栓受力长度，S为高强螺栓有效受力面积，K为高强螺栓材料系数、未知量，E为高强螺栓弹性模量。
所述L为高强螺栓受力长度，为高强螺栓螺帽与螺母之间被上紧工件的厚度。
步骤S2：通过在不同温度下，对超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型进行修正；
步骤S3：将超声波探头辅助***吸附到高强螺栓的头部或尾部，再用拉伸试验机中的固定夹具对高强螺栓进行夹紧定位，连接超声波探头辅助***和高强螺栓应力测量仪，通过拉伸试验机对关系模型进行参数确定，得到关系模型曲线并进行修正；
步骤S4：利用拉伸试验机确定的参数，引入到模型中再进行高强螺栓应力测量。
所述测得关系曲线过程为：
步骤S31：清除高强螺栓的头部或尾部的锈迹等污渍，使其表面干净且不影响超声波的传递，并将高强螺栓放置在拉伸试验机的固定夹具中；
步骤S32：将专用耦合剂涂抹于高强螺栓的头部或尾部，并使超声波探头辅助***吸附在涂抹专用耦合的一端；
步骤S33：通过线缆连接超声波传感器、高强螺栓应力应力测量仪，开启仪器后，观察显示界面上的显示A扫波型；
步骤S34：在无应力时，测量初始横波、纵波的声时值，并记录相关参数；
步骤S35：设置拉伸试验机的拉力值，并记录不同应力值下的相关参数。测试完成后并在不同温度下，进行测量和记录；
步骤S36：根据不同的拉力值、温度值对应不同的应力值，确定关系模型；
在该***所述仪器中含有在役高强螺栓应力超声检测方法和温度补偿方法，温度修正检测结果的补偿曲线。
与现有技术相比，本发明专利的有益效果：
(1)、通过超声波探头辅助***可将超声波传感器吸附到待检高强螺栓的头部或尾部，减小因使用者手部抖动或按压力不恒定使仪器测量横波、纵波声时等参数时的测量误差；因超声波探头辅助***的吸附固定给使用者提供操作仪器的便利；
(2)、通过引入温度变量，将最后测量结果修正，保证了测量准确性。
附图说明
图1为本发明超声横波、纵波声时差与高强螺栓轴力关系曲线标定安装原理图；
图2为本发明超声横波、纵波回波示意图；
图3为本发明高强螺栓应力测量仪中显示的超声横、纵波波形；
图4为本发明超声横波、纵波声时差与高强螺栓轴力关系曲线；
图5为本发明高强螺栓应力测量仪检测在役高强螺栓示意图；
图6为本发明测量结果与实际结果对比分布。
具体实施方案
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本实施例提供一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***，如图1所示，包括：
步骤S1：建立超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型；
步骤S2：通过在不同温度下，对超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型进行修正；
步骤S3：将超声波探头辅助***吸附到高强螺栓的头部或尾部，再用拉伸试验机中的固定夹具对高强螺栓进行夹紧定位，连接超声波探头辅助***和高强螺栓应力测量仪，通过拉伸试验机对关系模型进行参数确定，得到关系模型曲线并进行修正；
步骤S4：利用拉伸试验机确定的参数，引入到模型中再进行高强螺栓应力测量。
具体而言：
超声横波、纵波声时差是高强螺栓在初始时无应力时与加载应力时的超声横波、纵波声时差值。
由于应力导致微观结构的变化，进而导致超声声速、声时的变化，即为声弹性理论。建立超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型，并通过在不同温度下，对超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型进行修正；根据声弹性推导出超声横波、纵波声时差与应力的关系式如下：
Figure BSA0000248177720000031
其中，σ为在役高强螺栓所受应力，TT为应力状态下超声横波声时；TT0为无应力状态下超声横波声时；TL为应力状态下超声纵波声时；TL0为无应力状态下超声纵波声时；AT为超声横波声时与温度的系数；AL为超声纵波声时与温度的系数；Δt为标定时与测量时的温度差，L为高强螺栓受力长度，S为高强螺栓有效受力面积，K为高强螺栓材料系数、未知量，E为高强螺栓弹性模量。
确定关系模型。标定原理图如图1所示，需要用到拉伸试验机、高强螺栓应力测量仪、超声波探头辅助***、应变仪、高强螺栓、专用耦合剂等；其中超声波探头辅助***与高强螺栓应力测量仪通过线缆连接，用于采集超声横波、纵波参数；具体步骤为：在高强螺栓的头部或尾部涂抹专用耦合剂后，将超声波探头辅助***吸附到高强螺栓的头部或尾部，如图2所示，在仪器中测量输入高强螺栓的长度，并拔掉横波的连接线，操作仪器校准纵波声速，同理校准横波声速、声时，在横、纵波声速均校准完成后，再连接横、纵波线缆，界面显示如图3所示；将应变片粘贴与高强螺栓的螺杆处，再用拉伸试验机中的固定夹具对高强螺栓进行夹紧固定；启动拉伸试验机，在拉伸试验机中设置每次拉力值的大小，当力值到达预设值时保载3分钟，期间读取拉伸试验机上的力值，通过操作仪器记录此时的横波、纵波声时值，并将每个力值与每组横、纵波声时值对应，计算声时差，进而得到超声横、纵波声时差与高强螺栓应力的关系曲线，将关系曲线进行拟合得到超声横、纵波声时差与高强螺栓应力的拟合曲线(校准标定曲线)，利用拟合曲线反向得到高强螺栓材料系数，从而确定模型；由于温度的变化对横、纵波的传播时间产生影响，故在确定关系模型后，通过加热保温箱使高强螺栓在不同温度下进行横、纵波声时测量，最后确定超声横、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型曲线，如图4所示，进而消除温度的影响。
利用拉伸试验机确定的参数，引入到模型中再进行高强螺栓应力测量。测量操作如图5所示。具体过程为：首先按照原理图连接各个部分，在无应力时对横、纵波的声时、声速进行校准；启动拉伸试验机并设定加载任务，开始拉伸试验，记录对应的应力值与横、纵声时值；利用初始记录的超声横、纵波声时与拉伸过程中的记录的超声横、纵波声时确定关系模型；再通过引入温度变量，对关系模型进行修正，测量结果如图6所示。
本实例中将应变片贴于高强螺栓螺杆处，用于对确定的关系模型进行验证；将应变片中的高强螺栓应力与关系模型测得的应力进行对比，就得到了高强螺栓的测量精度。

Claims (5)

1.一种在役高强螺栓应力超声检测和温度补偿方法及检测***，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤S1：建立超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型；
步骤S2：通过在不同温度下，对超声横波、纵波声时差与高强螺栓应力的关系模型进行修正；
步骤S3：将超声波探头辅助***吸附到高强螺栓的头部或尾部，再用拉伸试验机中的固定夹具对高强螺栓进行夹紧定位，连接超声波探头辅助***和高强螺栓应力测量仪，通过拉伸试验机对关系模型进行参数确定，得到关系模型曲线并进行修正；
步骤S4：利用拉伸试验机确定的参数，引入到模型中再进行高强螺栓应力测量。
2.根据权利要求1所述的一种在役高强螺栓应力超声检测和温度补偿方法及检测***，其特征在于，所述关系模型为：
Figure FSA0000248177710000011
其中，σ为在役高强螺栓所受应力，TT为应力状态下超声横波声时；TT0为无应力状态下超声横波声时；TL为应力状态下超声纵波声时；TL0为无应力状态下超声纵波声时；AT为超声横波声时与温度的系数；AL为超声纵波声时与温度的系数；Δt为标定时与测量时的温度差，L为高强螺栓受力长度，S为高强螺栓有效受力面积，K为高强螺栓材料系数、未知量，E为高强螺栓弹性模量。
3.根据权利要求1所述的一种在役高强螺栓应力超声检测和温度补偿方法，其特征在于，所述高强螺栓受力长度L为：
L＝高强螺栓螺帽与螺母之间被上紧工件的厚度，即为高强螺栓的受力长度。
4.根据权利要求1所述的一种在役高强螺栓应力超声检测和温度补偿方法，其特征在于，所述测得关系曲线的过程包括：
步骤S31：清除高强螺栓的头部或尾部的锈迹等污渍，使其表面干净且不影响超声波的传递，并将高强螺栓放置在拉伸试验机的固定夹具中；
步骤S32：将专用耦合剂涂抹于高强螺栓的头部或尾部，并使超声波探头辅助***吸附在涂抹专用耦合的一端；
步骤S33：通过线缆连接超声波传感器、高强螺栓应力应力测量仪，开启仪器后，观察显示界面上的显示A扫波型；
步骤S34：在无应力时，测量初始横波、纵波的声时值，并记录相关参数；
步骤S35：设置拉伸试验机的拉力值，并记录不同应力值下的相关参数。测试完成后并在不同温度下，进行测量和记录；
步骤S36：根据不同的拉力值、温度值对应不同的应力值，确定关系模型；
5.根据权利要求4所述的一种在役高强螺栓应力超声检测和温度补偿方法，其特征在于，通过利用拉伸试验机对确定的关系模型进行验证。
CN202110899485.2A 2021-08-06 2021-08-06 一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测*** Pending CN114235240A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110899485.2A CN114235240A (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110899485.2A CN114235240A (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114235240A true CN114235240A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80742899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110899485.2A Pending CN114235240A (zh) 2021-08-06 2021-08-06 一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114235240A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115855350A (zh) * 2022-11-25 2023-03-28 哈尔滨工业大学 一种基于一次尾随波与横波结合的螺栓轴力测量方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115855350A (zh) * 2022-11-25 2023-03-28 哈尔滨工业大学 一种基于一次尾随波与横波结合的螺栓轴力测量方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108572040A (zh) 一种在役螺栓轴力的检测方法、检测***及检测装置
CN110530571B (zh) 一种对带传感器外螺纹紧固件进行预紧力标定的方法
CN111208207A (zh) 一种螺栓应力检测方法
JPH102884A (ja) 部品にかかる荷重を測定しその部品の完全性をモニターするための装置及び方法
US11085840B2 (en) Apparatus and method for measuring axial force of bolt
CN113587992B (zh) 固体材料预紧力和温度的超声波双波测量方法、用途及设备
CN111307351A (zh) 一种电磁超声仪测量残余应力的方法
CN114235240A (zh) 一种在役高强螺栓应力超声检测温度补偿方法及检测***
CN111238702A (zh) 基于超声测量的螺栓轴向应力测试装置与测试方法
WO2022257409A1 (zh) 一种利用超声测量螺栓载荷的方法
CN110658129A (zh) 一种测试螺纹紧固件总摩擦系数的装置
CN110646119B (zh) 一种超声波测量轧制金属材料表面应力张量的方法
CN111413083B (zh) 一种基于机电阻抗的法兰螺栓松动检测方法
CN110374003B (zh) 一种悬索桥索夹螺杆轴力同步施工***及其使用方法
CN211783988U (zh) 基于超声测量的螺栓轴向应力测试装置
CN209946078U (zh) 一种超声波检测探头的标定装置
JP2008513228A (ja) トルクインパルスレンチによって行われるねじジョイント締付け工程の品質検査方法
CN114636504B (zh) 一种列车制动***螺栓轴向应力检测方法
US20050109119A1 (en) Loading device for non-destructive inspections of composite structures
CN112014018B (zh) 一种基于超声层析成像的应力场测量方法
JP2003014565A (ja) ボルト軸力の検量線自動作成装置
CN208833481U (zh) 确定紧固施工方案的试验***
CN117077441B (zh) 一种螺栓轴向应力双波计算方法
CN117589356A (zh) 一种基于3d-dic和超声监测的紧固件预紧力测量方法
CN118392377A (zh) 一种螺栓应力检测装置及检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication