[实用新型]一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置

说明书

本实用新型公开了一种方便更换的框架式螺栓应力测量装置，该装置包括有力传感器、超声波传感器、载荷加载器与中央控制器，力传感器、超声波传感器与载荷加载器均与中央控制器电连接，该装置还包括有底座、内壳与外壳，超声波传感器可拆卸式连接在内壳中，内壳置于外壳中，外壳与底座滑动连接；力传感器置于内壳与外壳所夹的左侧空间中，且力传感器的两端分别连接内壳和外壳；外部待测螺栓置于内壳与外壳所夹的右侧空间中，且外部待测螺栓的头部可拆卸式连接在内壳上，其尾部穿过外壳并伸出；外部螺母套接在外部待测螺栓上，本装置的各框架之间互相独立同时方便连接，测量人员利用的本装置可方便实现对螺栓轴力的测量与超声波传感器的标定。

技术领域

本实用新型属于测试技术领域，特别涉及一种方便更换的螺栓测试框架结构。

背景技术

螺栓作为一种结构简单，拆装方便的连接部件，在工业应用领域得到了广泛应用。在实际使用过程中，螺栓的常见失效形式主要有：受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓拉断；受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂；受横向载荷的铰制孔用螺栓联接，其失效形式主要为螺栓杆剪断，栓杆或被联接件孔接触表面挤压破坏；如果螺纹精度低或联接时常装拆，很可能发生滑扣现象，而这其中，受静载荷的螺栓因轴向预紧力不恰当而引起的螺母松脱或螺栓断裂为最常见的螺栓失效形式，而螺栓轴向预紧力的大小取决于施加在螺栓连接处的应力与扭矩大小。对于钢结构上的螺栓紧固件，为保证结构的安全性和可靠性，必须严格控制螺栓连接件的预紧力，必要时还需对在在役螺栓的工作应力状态进行监测。现有技术中，针对不同材质的螺栓的应力，有多种测试方法，用来测试螺栓连接时的应力或扭矩大小。现有技术中，常用的测试扭矩与应力的方法包括有：扭矩扳手法、应变片测试法、光折射法和磁敏电阻传感器法。

使用扭矩扳手法测应力与扭矩常需要考虑测量结果受螺栓与螺母之间的摩擦、各个螺纹面接触面之间摩擦系数的分散性等因素的影响，存在较大的测量结果的不确定度问题。使用应变片测试应力，其测量结果仅为材料表面的应力，无法测试材料本体内部应力，且使用该方法测试的材料表面应力结果易受材料本身应力集中现象的影响。而光折射法利用光弹性效应测量透明材料的应力，制成的设备较复杂并且只能应用于工程材料为透明体时的在线检测，对于螺栓紧固力的测量局限于实验室，不能用于施工现场。

为实现适应多种工业现场的无损伤勘测，现今对螺栓应力的测量越来越多地使用超声应力检测法。超声波应力检测是基于超声波波速随应力状态改变而变化的声弹性原理，通过检测材料中超声波波速的变化而获取材料应力的。超声波应力检测具有对人体无害、对被测物无损伤、测量速度快等特点。且声弹性法与光弹性法不同，无需制作透明模型，对实际构件或结构也可测量，具有较高的精度，不受摩擦系数离散性的影响。

目前采用超声检测螺栓轴向应力的方法是沿螺栓轴向发射窄脉冲超声波束，通过超声回波信号的检测和分析计算超声波传播的时间，从而获得超声波在螺栓均匀受力部分的波速。在理论上推导波速与应力的对应关系，修正其他因素的影响，即可估算出该螺栓的紧固应力，计算拟合出波速与盈利的对应关系曲线，并通过大量比对试验使测量精度满足工程要求。通过超声波实时的高精度测量计算机械伸长量，理论修正螺栓头与拧螺母段尺寸的不确定性和应力的非均匀分布对应力测试结果的影响，可真正达到螺栓无损应力检测的目的。

但是，现有技术中使用超声波检测螺栓应力时，对螺栓施加不同载荷时，需将超声波探头拆下，对螺栓加载不同载荷后，再重新安装超声波探头，例如在张俊于2005年发表的硕士论文《基于声弹性原理的超声波螺栓紧固力测量技术研究》一文中提出了一种基于声弹性原理的超声波螺栓紧固力测量方法中提及，对待测螺栓加载不同的载荷时，需将待测螺栓拆卸，在材料拉伸机上对螺栓样品进行拉伸，再将待测螺栓重新安装到超声波螺栓紧固测试仪上重新检测其声时值。在重新安装超声波探头的过程中，超声波探头与螺栓之间的耦合关系也成为了影响测试螺栓的准确性的干扰因素，这导致了同种材料的螺栓在同一个测试实验中的不连续性，影响了超声波测试螺栓应力的准确度。