聲彈性效應(yīng)螺栓軸向應(yīng)力標(biāo)定試驗研究

作者：賈摘要：針對常規(guī)檢測法測試螺栓軸向應(yīng)力精確度不高的問題對螺栓軸向應(yīng)力進(jìn)行測量的辦法，研究合用于工程實際的超聲縱波檢測法。結(jié)合胡克定律和聲彈性效應(yīng)原理推導(dǎo)螺栓應(yīng)力與超聲波聲時差的關(guān)系，并分析溫度對測量成果的影響。建立簡便有效的標(biāo)定測試實驗系統(tǒng)測試系統(tǒng)對超聲回波信號進(jìn)行采集，運用小波去噪的辦法，消除高頻噪聲對測試信號的影響。通過對8.8級碳鋼和12.9級合金鋼兩種不同材質(zhì)螺栓的實際測試和數(shù)據(jù)解決.實現(xiàn)基于聲彈性效應(yīng)的螺栓軸向應(yīng)力的標(biāo)定測試軸向應(yīng)和超聲波聲時差的線性函數(shù)關(guān)系，其重復(fù)精確度達(dá)2%～5%線性關(guān)系高度明顯。核心詞：螺栓軸向應(yīng)力；超聲波；標(biāo)定實驗01940年A發(fā)現(xiàn)了聲彈性現(xiàn)象，聲波傳輸速度和應(yīng)力存在著互相的關(guān)聯(lián)過測量聲速的變化間接擬定應(yīng)力。20世紀(jì)70年代，在日本科學(xué)家德岡辰雄等人的研究中，從有限變形彈理論出發(fā)導(dǎo)出了超聲橫波沿主應(yīng)力方向的2個橫波分量的傳輸速度差與主應(yīng)力差的關(guān)系式，為當(dāng)代基于聲彈性效應(yīng)的應(yīng)力測量奠定了堅實的理論基礎(chǔ)彈性效應(yīng)的研究應(yīng)用工作，特別是歐美發(fā)達(dá)國家，不停地對聲彈性理論的研究進(jìn)行充實把它應(yīng)用于螺栓應(yīng)力的測試中，相繼推出了某些較好的和成熟的產(chǎn)品。我國在這方面的研究起步較晚，現(xiàn)在還重要停留在實驗室研究的狀況。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，這。1超聲波螺栓應(yīng)力檢測超聲波檢測超聲波螺栓應(yīng)力檢測是基于超聲波在螺栓中的傳輸速度隨螺栓所受應(yīng)力大小而變反射波之間的時間差計算。運用渡越時間來進(jìn)行測量又分為單波法和雙波法（橫縱波聯(lián)正當(dāng)）單橫縱波聯(lián)即使橫波對應(yīng)力敏感程度不如縱波的應(yīng)力敏感程度高，但運用縱波、橫波聯(lián)合測量的辦其精確度能夠滿足普通工程應(yīng)用的需要。并且該辦法不需要事先懂得螺栓長度，合用于某些已經(jīng)安裝且無法拆卸的螺栓應(yīng)力測量，在工程中含有較好的可操作性。本文采用縱波法對螺栓軸向應(yīng)力進(jìn)行測量，該辦法重要結(jié)合了兩個理論：胡克定律和聲彈效應(yīng)彈性程度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值為材料的楊氏模量E到下式：2標(biāo)定實驗系統(tǒng)用電阻應(yīng)變式稱重傳感器，測力精確度為0.05%，并用NIUSB-3實驗圖2是采集到的一組超聲波回波信號，從圖中能夠看到明顯的起始涉及一次回波信號，在一次回波信號背面有諸多小的回波，其產(chǎn)生因素可能是底部不平，或是部分入射波發(fā)散，這些傾波或發(fā)散波在螺桿側(cè)面多次反射，傳輸途徑增加而造成的。同時能夠看到圖中的放大信號里有明顯的毛刺，因此在分析擬定渡越時間之前有必要對原始測量信號進(jìn)行去噪等解決。小波閾值去噪的基本思想是先對原始信號進(jìn)行小波分解，分解后有用信號產(chǎn)生的小波系數(shù)較大，而噪聲信號相對來說小波系數(shù)較小。選用一種適宜的閾值閾值的小波系數(shù)被為是有用信號產(chǎn)生的，同時最大程度地保存有用信號的小波系數(shù)：不大于閾值的小波系數(shù)則認(rèn)為是噪聲產(chǎn)生的，將該系數(shù)置為0從而達(dá)成去噪的目的。對解決后的小波系數(shù)進(jìn)行重構(gòu)得到去噪后的信號。超聲波渡越時間的測超聲波渡越時間測量的核心是擬定時間的起點與終點，超聲波渡越時間的起點擬定為超聲波起始波形中第一種波的過零點，終點是一次回波信號中幅值最大特性波的最大值點，如圖4所示。即使兩者的差值不不大于超聲波在螺栓中的實際渡越時間7）可知，需要測定的變量是聲時差，因此只要每次擬定的時間的起點與終點是一致的，就不會影響測量成果。起點的定辦法：該點前一種點在0點附近，后一種點幅值遠(yuǎn)不不大于0終點的擬定辦法：由于螺栓長度一定，回波時間能夠擬定在一種大致的范疇內(nèi)，可在該范疇內(nèi)搜索最大值點即可。應(yīng)力與聲時差關(guān)系的擬通過LabVIEW測得的力信號，以及示波器采集的超聲回波信號，分別通過解決，得到對應(yīng)的應(yīng)力及渡越時間后，根據(jù)式（7），進(jìn)行應(yīng)力與聲時差關(guān)系的直線擬合和精確度分析，成果如圖～圖8和表1從表1標(biāo)定系數(shù)項能夠看出，兩種材質(zhì)的螺栓的值不同，闡明不同的螺栓，聲時差與應(yīng)力含有不同的線性關(guān)系：同時能夠看到經(jīng)3次重復(fù)實驗測得的值的原則差都極小，闡明3次實驗果一致性好；從表中明顯性檢查項能夠看出，對擬合的直線進(jìn)行檢查檢查成果F>F0.01可見擬合的直線均是高度明顯的，闡明聲時差與應(yīng)力之間有良好的線4結(jié)束基于聲彈性效應(yīng)的螺栓軸向應(yīng)力測試辦法核心是建立反映應(yīng)力和聲時差關(guān)系的標(biāo)定實驗線論文推導(dǎo)了應(yīng)力與聲時差的關(guān)系，并分析了溫度對測量成果的影響。建立了加載方便、測量精確度高的標(biāo)定實驗系統(tǒng)測試系統(tǒng)的采樣速率高達(dá)1GS/s時間的測量分辨率為1n；由于對超聲波信號進(jìn)行小波去噪解決，消除了高頻噪聲的干擾測量的精確度。通過對兩種不同材質(zhì)螺栓的實際測試和數(shù)據(jù)解決，建立了應(yīng)力與聲時差關(guān)系的擬合直線表明，