超声纵横波螺栓载荷在线检测方法研究
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摘要：针对传统扭矩法控制螺栓载荷误差过大的问题，提出使用超声纵横波法来进行螺栓载荷的检测方法。基于声弹性定理，建立螺栓应力与超声纵横波声时关系的螺栓载荷预测理论模型，避免螺栓原始长度的测量，真正实现无损检测。通过制定实验表征方法，设计磁力探头夹具，建立超声横纵波测螺栓载荷的实验平台，保证每次测量数据的稳定性与测量位置的一致性。对8.8级高强度双头螺栓轴向力进行实验验证，并结合理论模型获得声弹性系数。结果表明：螺栓的轴向应力与超声纵横波声时为线性关系，实验值与理论计算值在100～600MPa的最大误差小于5.61%，误差绝对值的平均值在2%左右。
关键词：螺栓载荷;纵横波法;测试理论;声时
中图分类号：TH131.3;TB559 文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2019）10-0040-05
收稿日期：2018-08-27;收到修改稿日期：2018-09-29
基金項目：国家自然科学基金（11772147）;江苏省高校自然科学基金（16KJB130003）
作者简介：李栋（1994-），男，山东济宁市人，硕士研究生，专业方向为超声波测螺栓载荷技术。
0 引言
螺栓松动失效是螺纹联接常见的失效形式。接触表面的材料相互嵌入、材料蠕变、预紧力不够、摩擦系数的变化等因素，都会导致螺栓的夹紧力下降，尤其是在振动冲击或高温环境下，更容易发生松动。同时，设备的高参数化、紧凑化、轻量化使得螺栓载荷检测方法必须满足占用空间小、快速、精确等优点。现有的扭矩扳手法、光弹法等已无法满足现场的需要，亟需一种新的测试方法。
超声检测以其快速、直观、准确等优点，被广泛应用于壁厚检测、内部缺陷检测、螺栓载荷检测以及残余应力检测。S.OKA[1]首个发现了超声波的双折射现象，开辟了超声波测应力的先河。日本学者德冈辰熊[2]从有限弹性理论出发，求解出超声横波沿主应力方向传播速度差与主应力差的关系，为现代超声波测量螺栓载荷奠定了理论基础。之后冉启芳等[3-4]基于声弹性理论，在实验室条件下，利用纵波两次回波的时间间隔测定螺栓载荷，并对形状因子进行了试验研究。刘镇清等[5]研究了碳钢的纵横波声时与应力、温度的关系，并初步研制了螺栓载荷测量仪。江泽涛等[6-7]创立一种纵横波相结合测螺栓应力的方...
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