Page 59 - 无损检测2022年第十一期

孙 越, 等:

基于纵波的风机高强度螺栓预紧力检测

即当螺栓承受预紧力为 100kN 时, 螺柱弹性变形

导致超声反射回波时间延长 89.63ns , 100kN 应力

下声时差模拟计算结果为 93.00ns , 试验拟合结果

与仿真结果相近也验证了彼此的准确性。
将上述检测的预紧力与时间关系录入到检测仪
器中, 选取同批次材料规格相同的其他两根螺栓进
行预紧力检测, 验证上述拟合关系的准确性, 预紧力
图 6 螺栓预紧力与声时差的关系曲线 检测数据如表 1 所示。

表 1 预紧力检测数据
检测点
项目 螺栓 1 螺栓 2

1 2 3 4 1 2 3 4
拉力机数值 / kN 150.0 200.0 250.0 300.0 150.0 200.0 250.0 300.0
仪器读数值 / kN 146.7 203.9 252.3 297.5 147.4 196.2 247.7 298.5
相对误差 / % 3.30 3.90 2.30 2.50 2.60 3.80 2.30 1.50
总体误差 / % 2.78

表 1 中两组样品预紧力的检测结果相差较小, 预紧力与时间的对应关系, 试验拟合结果与仿真结
说明 仪 器 的 检 测 结 果 稳 定 性 较 高, 总 体 误 差 为 果相近, 同时对螺栓预紧力进行了检测, 检测数值与
2.78% , 证明了声时差与预紧力的拟合曲线准确性 拉力机数值总体误差为 2.78% 。
较高, 同时也验证了检测模型的准确性。
参考文献:
4 结语 [ 1 ] 刘胜祥, 宋晓萍, 曾毅, 等 . 随机载荷作用下的风力机高

采用 COMSOL 多物理场软件分析了螺栓预紧 强度螺栓疲劳特性分析[ J ] . 太阳能学报, 2013 , 34 ( 2 ):
201-206.
力检测过程中纵波的传播过程, 总结了应力对纵波
[ 2 ] 孙朝明, 王增勇, 李建文, 等 . 声弹效应检测螺栓轴向应
传播时间的影响规律, 在理论及模拟分析的基础上
力的有限元计算分析[ J ] . 振动与冲击, 2019 , 38 ( 13 ):
对风电变桨轴承螺栓进行了标定预紧力检测试验,
164-171.
得出以下结论。 [ 3 ] 张俊 . 基于声弹性原理的超声波螺栓紧固力检测技术

( 1 )纵波激励信号离开螺栓端部时无反射干扰 研究[ D ] . 杭州: 浙江大学, 2005.
现象, 波阵面传播至结构突变处发生波型转换产生 [ 4 ] 贾雪, 王雪梅, 甘文成, 等 . 声弹性效应螺栓轴向应力标
边缘横波, 同时在螺栓侧壁处形成边缘纵波, 波阵面 定试验研究[ J ] . 中国检测, 2018 , 44 ( 3 ): 23-27.

到达螺栓 / 空气异质界面后发生全反射, 超声波向反 [ 5 ] YASUI H , TANAKA H , FUJIII , etal.Ultrasonic

measurement of axial stress in short bolts with
方向传播直至信号被接收器接收。

( 2 )预紧力影响了超声波的传播时间, 不同应 consideration of nonlinear deformation [ J ] .

Transactions of The Ja p an Societ y of Mechanical
力下超声传播存在声时差, 预紧力与声时差存在线
En g ineersSeriesA , 1998 , 64 ( 618 ): 345-352.
性关系。
[ 6 ] 何存富, 吴克成 . 温度对螺栓紧固应力超声检测的影响

( 3 )基于最小二乘法对检测数据进行拟合得到
研究[ J ] . 实验力学, 1992 , 7 ( 3 ): 238-244.

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