[发明专利]一种低弹性模量材质螺栓超声预紧力测量方法

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σ_i和Δt_i，其中σ_i表示应力大小，Δt_i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w_test；

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

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w_test和所述基准波形w₀之间的超声时延Δt_test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σ_i和Δt_i，其中σ_i表示应力大小，Δt_i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σ_i，并采集对应应力下的超声波信号得到标定波形w_i，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w_i进行降噪处理，并利用时延算法计算各标定波形w_i和基准波形w₀之间的超声时延Δt_i。

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Δt_i作为自变量，σ_i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。