Page 50 - 无损检测2021年第十二期
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“奥林巴斯杯2021超声检测技术优秀论文评选”活动获奖论文
DOI : 10.11973 / ws j c202112003
电磁超声螺栓轴向应力测量的
有限元分析与试验
刘 恒, 陈 兵, 邱菲菲, 朱忠尹, 苟国庆
( 西南交通大学 材料科学与工程学院, 成都 610031 )
摘 要: 目前电磁超声在测厚、 无损检测等领域得到了广泛的研究, 但在螺栓轴向应力测量方
面的研究较少, 为了促进电磁超声在螺栓轴向应力测量中的应用, 通过建立多物理场有限元仿真模
拟了电磁超声的激发、 传播过程。建立螺栓二维模型, 利用电磁超声激发超声波得到了纵波在螺栓
内部传播的信号; 通过有限元模拟, 得到了螺栓在轴向载荷作用下内部的应力分布。有限元计算表
明轴向载荷和声时差存在一定的线性关系, 该线性关系受到轴向载荷的影响; 不同的夹紧长度会影
响材料的应力系数, 而夹紧长度和应力系数的乘积为定值。试验结果表明, 有限元模拟结果与真实
试验情况均表现为在轴向应力作用下, 超声波传播时间增大, 并和轴向应力呈良好的线性关系。
关键词: 电磁超声; 轴向应力; 有限元分析
中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 12-0012-05
Finiteelementanal y sisandex p erimentofelectroma g neticultrasonic
boltaxialstressmeasurement
,
LIUHen g CHENBin g Q IUFeifei , ZHUZhon gy in , GOUGuo q in g
,
( SchoolofMaterialsScienceandEn g ineerin g , SouthwestJiaoton gUniversit y , Chen g du610031 , China )
Abstract : At p resent , electroma g neticultrasoundhasbeenwidel y studiedinthefieldsofthicknessmeasurement
andnondestructivetestin g , butthereislittleresearchonboltaxialforcemeasurement.Inordertop romotethe
a pp licationofelectroma g netic ultrasoundin boltaxialforce measurement , in this p a p er , the p rocess of
electroma g neticultrasonicexcitationandp ro p a g ationissimulatedb y establishin gmulti- p h y sicalfieldfiniteelement
method.Createatwodimensionalboltmodel , thesi g naloflon g itudinalwave p ro p a g ationinsidetheboltisobtained
b y electroma g neticultrasound , andthestressdistributioninsidetheboltunderaxialloadisobtainedb yfinite
elementsimulation.Thefiniteelementcalculationshowsthatthereisacertainlinearrelationshi p betweenaxialload
andacoustictimedifference , andthelinearrelationshi p isaffectedb yaxialload.Differentclam p in glen g thwill
affectthestresscoefficientofthematerial , andthep roductoftheti g htenin g len g thandthestresscoefficientisa
fixedvalue.Thetestresultsshowthatboththefiniteelementsimulationresultsandtherealtestconditionsshow
thatundertheactionofaxialstress , theultrasonicp ro p a g ationtimeincreases , andag oodlinearrelationshi p is
p resentedwiththeaxialstress.
Ke ywords : electroma g neticultrasonic ; axialstress ; finiteelementanal y sis
螺栓作为重要的连接件, 广泛应用于航空航天、
收稿日期: 2021-09-10 船舶、 风力发电、 桥梁、 数码产品等领域。在实际工
况中, 螺栓上施加的应力直接影响设备的运行、 结构
基金项目: 2020 成都市国际合作基金资助项目 ( 2020-GH02-
00058-HZ )
安全和可靠性, 因此对螺栓进行监测具有重要的工
作者简介: 刘 恒( 1997- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为电
磁超声无损检测 程意义 [ 1-2 ] 。螺栓轴向应力的常用无损检测方法主
要有扭矩扳手法、 磁敏电阻传感器法、 光纤应变法和
通信作者: 苟国庆, g ou g uo q in g 1001@163.com
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2021年 第43卷 第12期
无损检测
