Page 56 - 无损检测2022年第十一期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202211005

基于纵波的风机高强度螺栓预紧力检测

孙 越 , 张炳奇 , 刘东旭 , 赵 勇 , 孙 旭 , 姜荣国 , 张国辉 , 韩立梅 , 张 俊 4
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( 1. 大唐东北电力试验研究院有限公司, 长春 130012 ; 2. 辽宁大唐国际新能源有限公司, 沈阳 110000 ;

3. 长春金融高等专科学校 会计学院, 长春 130012 ; 4. 武汉大学 动力与机械学院, 武汉 430072 )
摘 要:采用 COMSOL 多物理场分析软件模拟了螺栓预紧力检测中纵波的传播过程, 总结

了应力对纵波传播时间的影响规律, 在理论及模拟分析的基础上对风电变桨轴承螺栓进行了标定
预紧力检测试验。结果表明, 纵波激励信号离开螺栓端部时无反射干扰现象, 波阵面传播至结构突
变处时发生波型转换, 产生边缘横波, 同时在螺栓侧壁处形成边缘纵波。模拟及标定试验确定了预
紧力与声时差的线性关系, 利用最小二乘法对检测数据进行了拟合, 基于拟合的预紧力与时间对应
关系对螺栓预紧力进行了检测, 检测数值与拉力机数值总体误差为 2.78% 。

关键词: COMSOL ; 螺栓; 预紧力检测; 纵波

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 11-0022-04

Preloadtestin g ofhi g hstren g thboltoffansbasedonultrasoniclon g itudinalwave

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SUNYue , ZHANGBin gq i , LIUDon g xu , ZHAOYon g SUNXu , JIANGRon gg uo , ZHANGGuohui ,
,

HANLimei , ZHANGJun 4
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( 1.Datan gNortheastElectricPowerTest& ResearchInstitute , Chan g chun130012 , China ;

2.Liaonin gDatan g InternationalNewEner gyCo. , Ltd. , Shen y an g110000 , China ;

3.SchoolofAccountin g , Chan g chunFinanceColle g e , Chan g chun130012 , China ;

4.SchoolofPowerandMechanicalEn g ineerin g , WuhanUniversit y , Wuhan430072 , China )

Abstract : Inthisp a p er , COMSOL multi p h y sicsanal y sissoftwarewasusedtosimulatethep ro p a g ationp rocess

oflon g itudinalwavesintheboltp reti g htenin gforcedetection , andtheinfluencelawofstressonthep ro p a g ation

timeoflon g itudinalwaveswassummarized.Basedontheoreticalandsimulatedanal y sis , thep reloadtestofhi g h

stren g thbearin gboltwascarriedout.Theresultsshowedthatwhenthelon g itudinalwaveexcitationsi g nalleftthe

endofthebolt , therewasnoreflectioninterferencep henomenon.Whenthewavefrontp ro p a g atedtothesudden

chan g eofthestructure , thewavemodeconversionoccurred , andtheed g eshearwavewas g enerated , andtheed g e

lon g itudinalwavewasformedattheboltsidewall.Thelinearrelationshi pbetweenthe p re-ti g htenin g forceandthe

acoustictimedifferencewasdeterminedb ythesimulationandcalibrationtest , andthetestdatawasfittedb ythe

leasts q uaremethod.Theoverallerroris2.78% ascom p aredwiththetensilemachinevalue.

Ke ywords : COMSOL ; bolt ; p reloadtestin g ; lon g itudinalwave
随着国家能源结构转型升级, 风力发电得到了 中的重要部件( 如叶片、 轮毂、 主轴、 机舱、 塔筒等) 均
大力推广应用, 风力发电机组迅猛发展的同时也暴 采用高强度螺栓连接。高强度螺栓除起连接作用
露了相关问题。近年来, 国内发生多起风机倒塔事 外, 还具有传递力和力矩的作用 [ 1 ] 。螺栓预紧力不
故, 多数倒塔事故原因为螺栓松弛断裂。风电机组 足将会导致连接部件出现松动或结构滑移, 影响部
件的正常使用, 过大的预紧力则会增加螺栓断裂失
效的风险 [ 2 ] 。因此, 对螺栓预紧力进行监测具有较
收稿日期: 2022-04-26
作者简介: 孙 越( 1989- ), 男, 硕士, 工程师, 主要研究方向为 大的实际工程意义。
无损检测, 理化分析, 激光熔覆表面改性 在分析超声预紧力检测原理的基础上, 采用模
拟仿真方法分析了超声纵波螺栓预紧力的检测规
通信作者: 孙 越, 1053645469@ qq .com
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2022 年 第 44 卷 第 11 期
无损检测