Page 116 - 《应用声学》2021年第4期

600 2021 年 7 月

表 5 M36 螺栓轴向应力纵横波联合测量结果
Table 5 Measurement results of axial force of M36 bolt

纵波声时 横波声时 纵横波联合测量 修正后
轴向力/kN 纵波声时/ns 横波声时/ns 相对误差/% 相对误差/%
修正值/ns 修正值/ns 轴向力/kN 轴向力/kN
0 169000.0 167536.6 308360.6 306556.7 1.84 0.01
37.2 169175.9 167713.0 308430.9 306627.0 41.27 10.9 38.75 4.2
61.8 169289.8 167827.0 308473.8 306670.0 67.22 8.7 64.28 4.1
86.4 169397.0 167934.1 308557 306753.1 85.78 −0.7 81.74 −5.4

121.4 169572.1 168109.2 308602.5 306798.6 128.82 6.1 124.46 2.5
150.7 169707.4 168244.5 308715.7 306911.8 151.31 0.4 145.40 −3.5
178.0 169834.8 168372.0 308764.6 306960.7 180.68 1.5 174.27 −2.1
212.6 170007.2 168544.3 308819.2 307015.3 222.28 4.6 215.36 1.3
238.7 170129.4 168666.5 308875.5 307071.6 249.40 4.5 241.82 1.3
272.3 170279.2 168816.3 308947.9 307144.0 282.32 3.7 273.87 0.6
301.1 170406.8 168943.8 308990.2 307186.3 313.25 4.0 304.38 1.1

从表 4 可以看出，由于纵波可以事先测量每根 为该螺栓轴向力修正前后的相对误差比较，修正后
螺栓不受外载荷的声时，并以此作为载荷计算的起 的轴向力相对误差分布更为合理，其正确度更高，虽
点，根据螺栓受载过程中的声时值变化来计算螺栓 然测量精度低于纵波测量，但±5%的相对误差已经
轴向力，因此这一方法可精确测量外部载荷引起的 能满足一般工程应用的需求。纵横波联合测量法无
螺栓轴向应力变化，而无需考虑螺栓加载前残余应 需测量螺栓加载前的声时，因此可以对已服役螺栓
力的影响，对于风电领域螺栓安装现场预紧力的精 轴向力进行原位测量，在风力发电机高强螺栓的定
确控制具有较高的实用价值。图 5 表明，温度成为 期巡检中具有极大的应用价值。
影响纵波测量精度的重要因素，根据测量时的温度
12
选取纵波影响系数 α L 对温度影响进行补偿，可进 ξ൤ҒՑᄱࠫឨࣀඋᣗ
10
一步提高测量精度，更好地满足工程应用需求。 8 ξ൤Ց ξ൤Ғ
6
4
ພएࠫጫฉᣉՔҧ฾᧚ᄊॖ־ 4
3 ᄱࠫឨࣀϙ/% 2
2 0 37.2 61.75 86.41 121.41 150.7 178.03 212.6 238.7 272.25 301.14
ᄱࠫឨࣀϙ/% 1 0 -2
-4

-8
-1 37.2 61.75 86.41 121.41 150.7 178.03 212.6 238.7 272.25 301.14 -6
ξ൤Ғ ξ൤Ց ᛃಟᣉՔҧ/kN
-2
图 6 纵横波联合测量螺栓轴向力相对误差比较
-3
ᛃಟᣉՔҧ/kN Fig. 6 Comparison of relative errors of bolt ax-
ial force measured by longitudinal and transverse
图 5 纵波测量螺栓轴向力相对误差比较
waves
Fig. 5 Comparison of relative errors of bolt axial
force measured by longitudinal waves
5 结论
在纵横波联合测量中，不同超声换能器对测量
信号的延时影响不一样，因此需要现场标定测量系 本文基于声弹性理论和实验研究，分析了测量
统对测试信号的延迟影响并进行修正。表 5 为某企 系统信号延时、温度变化对螺栓轴向应力测量精度
业车间现场用纵横波联合测量的螺栓轴向力，图 6 的影响，建立了测量准确度高的标定实验系统，精确