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专利号: 2020112470592
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,包括步骤:S1、选取待测螺栓同规格同批次的任意螺栓作为标定螺栓;

S2、在零应力状态下,通过超声波测量所述标定螺栓,得到基准波形w0;

S3、在不同应力状态下,通过超声波测量所述标定螺栓,得到标定数据σi和Δti,其中σi表示应力大小,Δti表示对应应力下的超声时延;

S4、利用最小二乘法使用所述标定数据拟合低弹模螺栓预紧力公式,得到螺栓预紧力系数;所述低弹模螺栓预紧力公式考虑声弹性效应造成的非线性影响,是关于螺栓预紧力与超声时延的精确求解模型;

S5、通过超声波测量所述待测螺栓,得到测量波形wtest;

S6、对所述测量波形wtest进行降噪处理,并利用时延算法计算得到所述测量波形wtest和所述基准波形w0之间的超声时延Δttest;

S7、根据步骤S4中得到的所述螺栓预紧力系数,利用所述低弹模螺栓预紧力公式,将步骤S6计算得到的所述测量波形wtest和所述基准波形w0之间的超声时延Δttest代入计算,即得到所述待测螺栓的预紧力大小;

所述低弹模螺栓预紧力公式的表达式如下:

式中,A、B、C为所述螺栓预紧力系数,σ为螺栓预紧力大小,Δt为超声时延;

所述螺栓预紧力系数A、B、C分别满足:A=v0, C=k2,其中L0为零应力状态下的夹持长度,v0为零应力状态下的超声传播速度,E为弹性模量,k2为声弹性系数。

2.根据权利要求1所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,所述步骤S3,在不同应力状态下,通过超声波测量所述标定螺栓,得到标定数据σi和Δti,其中σi表示应力大小,Δti表示对应应力下的超声时延,具体操作包括:S3‑1、将所述标定螺栓根据实际紧固情况确定夹持长度,夹持在拉伸机上;

S3‑2、在所述标定螺栓的弹性阶段,利用拉伸机对所述标定螺栓施加不同的应力σi,并采集对应应力下的超声波信号得到标定波形wi,其中i=1,2,…,n,n表示拉伸机施加的不同应力状态数目;

S3‑3、对标定波形wi进行降噪处理,并利用时延算法计算各标定波形wi和基准波形w0之间的超声时延Δti。

3.根据权利要求1所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,所述步骤S4,利用最小二乘法使用所述标定数据拟合低弹模螺栓预紧力公式,得到螺栓预紧力系数,其中包括步骤:确定所述螺栓预紧力系数的拟合初值,记所述螺栓预紧力系数为A、B、C,具体操作包括:S4‑1、将标定数据中的Δti作为自变量,σi作为因变量,进行线性拟合,得到线性拟合方程σ=k·Δt+b;

S4‑2、判断所述线性拟合方程的截距b是否符合标定数据的有效条件,若不符合,则需重新对所述标定螺栓进行标定数据采集,更新标定数据,直到所述线性拟合方程的截距b符合标定数据的有效条件;

S4‑3、根据所述线性拟合方程可确定所述螺栓预紧力系数A、B、C对应的拟合初值分别为A0=k,B0=1,C0=0。

4.根据权利要求1所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,在步骤S1和步骤S2之间还包括步骤:对所述标定螺栓的端面进行预处理,并在所述标定螺栓的端面设置压电传感器;所述压电传感器具有超声波的自发自收模式,用于所述标定螺栓的超声波测量。

5.根据权利要求1所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,在步骤S5之前还包括步骤:对所述待测螺栓的端面进行预处理,并在所述待测螺栓的端面设置压电传感器;所述压电传感器具有超声波的自发自收模式,用于所述待测螺栓的超声波测量。

6.根据权利要求4所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,对所述标定螺栓的端面进行预处理,并在所述标定螺栓的端面设置压电传感器,具体操作包括:对所述标定螺栓的端面进行打磨处理,并在打磨后的端面上粘接压电晶片;所述压电传感器包括压电晶片。

7.根据权利要求5所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,对所述待测螺栓的端面进行预处理,并在所述待测螺栓的端面设置压电传感器,具体操作包括:对所述待测螺栓的端面进行打磨处理,并在打磨后的端面上粘接压电晶片;所述压电传感器包括压电晶片。

8.根据权利要求6或7所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,所述压电晶片为圆形压电晶片,并且满足所述圆形压电晶片与所述标定螺栓的端面同心,或与所述待测螺栓的端面同心。

9.根据权利要求6或7所述的一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法,其特征在于,所述打磨后的端面满足表面粗糙度小于3.2μm。