Page 96 - 《应用声学》2023年第6期

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表 5 5# 螺栓测量数据记录及计算结果 (环境温度 27.5 C)
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◦
Table 5 5# bolt measurement data record and calculation results (temperature 27.5 C)
S
L
加载力 N/kN 纵波声时 T /µs 横波声时 T /ns 横纵波声时比 k S/L 比值法计算的轴力 F/kN 误差/%
σ
σ
0 197.249901 360.116304 1.825686 0.41
50 197.530167 360.347302 1.824265 49.97 −0.05
80 197.668839 360.45051 1.823507 76.40 −4.50
110 197.807114 360.544962 1.822710 104.21 −5.27
140 197.940903 360.650085 1.822009 128.65 −8.11
170 198.075356 360.725071 1.821151 158.59 −6.71
200 198.21347 360.819569 1.820358 186.22 −6.89
230 198.349197 360.924738 1.819643 211.17 −8.19
260 198.482674 361.019945 1.818899 237.12 −8.80
290 198.61998 361.105152 1.818071 266.01 −8.27
320 198.757141 361.21081 1.817348 291.23 −8.99
350 198.892204 361.305712 1.816591 317.64 −9.25

如需进一步提高测量精度，一是增加标定螺栓 试验环境为近似恒温环境，对温度的考虑不足，温
的数量，使标定系数更加趋向于大样品的均值，这样 度对超声声速的影响非常大，如果要实现不同温度
标定斜率跟理论斜率更加接近；二是考虑高阶项的 下的精确测量，则必须用该方法对不同温度进行补
影响，计算标定曲线时引入多阶项进行拟合，减少计 偿。总体来说，本文介绍的比值法操作简单，实际应
算公式上的理论误差。 用潜力较大，将为超声测量在役螺栓轴力提供良好
的示范。
400
350 ಖࠀజጳ ࠄᬅԪҧజጳ
300
参 考 文 献
250
Ԫҧ/kN 200 [1] 江泽涛, 朱士明. 纵横波测已紧固螺栓轴向应力 [J]. 应用声
150
100 学, 2000, 19(1): 16–21.
Jiang Zetao, Zhu Shiming. The measurement of the stress
50
in a tightened bolt by the ultrasonic longitudinal and
0
1.816 1.818 1.82 1.822 1.824 1.826 1.828 transverse waves[J]. Journal of Applied Acoustics, 2000,
ܦ௑උ 19(1): 16–21.
[2] 李光, 莫亚梅, 吴努. 螺栓轴向应力测量技术的研究概况及展
图 10 误差分析
望 [J]. 南通大学学报 (自然科学版), 2009, 8(3): 67–71.
Fig. 10 Error analysis
Li Guang, Mo Yamei, Wu Nu. Research and prospect on
4 结论 the technique for bolt axial stress measurement[J]. Journal
of Nantong University (Natural Science Edition), 2009,
本文针对纵横波法测量在役螺栓轴力的问题， 8(3): 67–71.
[3] Arcellla F G, Froes F H. Producing titanium aerospace
提出了相对简单和实操性更强的比值法，详细论述
components from powder using laser forming[J]. JOM,
了比值法的原理及推导过程。通过推导结果可以看 2000, 52(5): 28–30.
出，比值法关注的是横波和纵波直接的声时比，标 [4] Walaszek H, Bouteille P. Ultrasonic stress measure-
ment:application to preload assessment on already
定时不需精确计算螺栓横波和纵波的零应力声速，
tightened bolts[J]. Materials Science Forum, 2006,
公式简单，只需在标定时测量少量螺栓的横波和纵 44(524–525): 459–464.
波声时，然后对比值与轴力进行线性拟合，即可得 [5] 丁旭, 武新军. 在役螺栓轴力电磁超声测量系统的研制 [J]. 无
到螺栓比值法的计算参数。本文不足之处在于，试 损检测, 2016, 38(6): 48–52, 64.
Ding Xu, Wu Xinjun. Development of EMAT based axial
验的螺栓数量及规格较少，覆盖的范围有限，试验
load measurement system for in-service bolts[J]. Nonde-
结论还需用详细的数据进一步论证。同时本文的 structive Testing, 2016, 38(6): 48–52, 64.