Page 54 - 无损检测2021年第十二期

刘 恒, 等:

电磁超声螺栓轴向应力测量的有限元分析与试验

从图 8 和表 1 可以看出, 随着夹持长度的增加,
螺栓应力系数呈等比例递减趋势, 通过计算可知夹
持长度和应力系数的乘积是个定值, 该结果与理论
分析吻合。

4 有限元分析结果与试验对比

为验证模拟仿真结果的准确性, 笔者按照有限元
模型选取 M20×70 ( 公称直径×长度) 的螺栓, 利用拉
图11 试验标定结果
伸机进行加载试验, 试验材料及设备参数如表2所
参数与真实材料参数的差异, 以及有限元模型中网
示, 试验用螺栓和 EMAT 探头实物如图9所示。
表2 试验材料及设备参数 格细化程度的影响, 网格细化程度越高, 有限元仿真
结果越接近理论值, 但受算力限制, 网格不可能无限
设备名称 规格或型号
螺栓 M20×70 , 材料为40Cr 细化, 因此模拟数据也会和实际值存在误差, 但就整
电磁超声换能器 纵波 EMAT 探头
体的规律性而言, 有限元模拟结果与真实结果一致,

电磁超声系统 汕超 CTS-409型和 OWONVDS3102型
拉伸机 DNS3000型 均表现为在轴向拉应力作用下, 超声波传播时间增
大, 并和轴向应力呈现良好的线性关系。
5 结论

( 1 ) 有限元计算结果表明, 在轴向载荷的作用下,
夹紧长度会影响螺栓的应力系数; 螺栓的夹紧长度和
应力系数的乘积为定值, 只由材料固有的属性决定。
图9 试验用螺栓和 EMAT 探头实物
( 2 ) 对比有限元模拟数据与试验数据发现, 模拟
图10为采集到的电磁超声信号波形, 可以看出 数据和试验数据基本吻合, 在轴向应力作用下, 超声波
试验中由于电磁超声信噪比较低, 幅值较弱的横波
传播时间增大, 并和轴向应力呈现良好的线性关系。
回波信号和纵波二次回波信号淹没在噪声中, 只有
本文获“ 奥林巴斯杯2021超声检测技术优秀论
纵波一次回波信号可以识别。
文评选” 活动三等奖。

参考文献:

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simulationsofanelectroma g neticacoustictransducer-

向应力时保载 30s , 待应力稳定后进行数据采集。
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无损检测