Page 70 - 无损检测2022年第三期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202203008

螺栓横向剪力的超声检测

向鹏宇, 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:介绍了螺栓轴向应力检测的原理, 设计了一种受剪夹具, 采用超声检测法研究了在不
同扭矩下剪力和时延的线性关系。结果表明, 在不同扭矩下, 剪力与时延呈线性关系, 但斜率不一
样, 可为超声波法测量螺栓剪力提供依据。

关键词:超声波时延; 剪力; 轴向应力; 压电晶片; 螺栓

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 03-0036-04

Ultrasonictestin g oftransverseshearforceinbolt

,
XIANGPen gy u , CHENBin g Q IUFeifei , ZHUZhon gy in , GOUGuo q in g

( SchoolofMaterialsScienceandEn g ineerin g , SouthwestJiaoton gUniversit y , Chen g du610031 , China )

Abstract : Thep rinci p leofboltaxialstressdetectionisintroduced , ashearfixtureisdesi g ned , andthelinear

relationshi pbetweenshearforceandtimedela yunderdifferenttor q uesisstudiedb yultrasonicdetection method.

Theresultsshowthatthereisalinearrelationshi pbetweenshearandtimedela yunderdifferenttor q ues , butthe

slo p eisdifferent , whichcanp rovideabasisformeasurin gboltshearstressb yultrasonicmethod.

Ke ywords : ultrasonictimedela y ; shearstress ; axialstress ; p iezoelectricwafer ; bolt
螺栓广泛用于核电、 轨道交通、 机械制造、 桥梁建 素影响 [ 6 ] 。超声检测技术具有无损、 高效、 准确等优
筑等行业的结构设备中 [ 1 ] 。螺栓连接的原理为: 预拉 点, 被广泛用于螺栓应力的工程测量中。超声检测在
力通过垫片传递到螺栓上, 在同样大小的预压力作用 假设螺栓紧固状态下受单一轴向应力的前提下进
下螺栓和被连接件之间产生足够的摩擦力, 只要所承 行 [ 7 ] , 这与实际工作的情况有所不同。实际工作中,
受的负载外力不超过最大摩擦力, 螺栓与被连接件间 螺栓的受力分为受单一轴向应力、 受单一横向应力、
便不会产生相对滑动 [ 2 ] 。若所受的轴向力过大, 构件 受拉伸和扭转同时存在的复合应力等情况。螺栓的
产生的塑性变形可能会导致螺栓产生裂纹腐蚀、 结构 横向剪力来自于相应方向上的工作载荷, 其扭剪力由
失稳和疲劳断裂等, 从而严重影响工件设备的稳定性 螺纹副连接件之间的摩擦力矩产生。何存富等研究
和牢靠性 [ 3 ] 。当轴向力不足时, 紧固件之间会留有余 了扭转剪力对螺栓轴向力的影响, 但横向剪力对螺栓
隙, 在设备或者环境造成的交变作用下, 构件可能会 轴向应力的影响和其测量方法却鲜有研究。
出现应力松弛等现象, 破坏设备完整性 [ 4 ] 。 文章推导了超声纵波法中螺栓应力与超声波波
扭矩扳手法和转角法是常见的螺栓连接装配方 速的关系。以优安螺栓轴向力测试仪作为实时检测
法, 其用于控制施加在螺栓上的轴向力 [ 5 ] , 但在实际 装置, M20 ( 螺纹直径为 20mm ) 的 A2-70 型螺栓为

装配工艺中, 即使按照标准装配连接件, 最终轴向预 试验对象, 标定了螺栓的轴向应力系数 K , 并定性
拉力的大小也会受离散摩擦系数、 装配工具等诸多因 研究了不同扭矩下剪力与超声波时延的关系, 为定

量测量剪力提供参考。
收稿日期: 2021-09-22
1 螺栓应力的超声检测原理
基金项目: 成都市国际合作基金资助项目( 2020-GH02-00058-HZ )
作者简介: 向鹏宇( 1997- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为超
声无损检测 1.1 螺栓应力检测理论
通信作者: 苟国庆, g ou g uo q in g 1001@163.com 超声纵波法测量螺栓应力的两大理论依据为胡
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2022 年 第 44 卷 第 3 期

无损检测