基于声弹性原理的超声波螺栓紧固力测量技术研究

摘要

本文对超声螺栓应力测量原理，超声螺栓紧固力测试仪设计进行了系统研究。重点研究了基于声弹性现象的超声螺栓应力测量原理，并针对性的研究了超声发射接收原理、高精度声时测量原理、声耦合原理等关键技术。目前所研制的超声螺栓紧固力测试仪样机可用于超声渡越时间的精确测量和应力计算。　　全文分为6章：　　第一章综述了目前高强螺栓紧固力测量方法，表述了声弹性现象并提出基于声弹性现象的超声波螺栓应力测量技术。综述了相关超声基础理论，以及超声技术在螺栓应力检测方面的应用。　　第二章对声弹法螺栓轴向应力测量技术进行全面的理论推导，主要包括声弹性理论的数学表述、材料系数定义、机械伸长量计算方法、螺栓有效受力长度及螺栓轴向应力的计算方法。理论公式中修正了温度影响，此外还提出了螺栓材料系数的预测方法。基于理论推导结论，开发了超声螺栓紧固力测试仪系统。介绍了测试仪的硬件结构、人机界面以及现场操作方法。通过该测试仪进行了超声螺栓应力试验曲线的测定和拟合。详细论述了通过曲线拟合对材料系数进行预测的方法。　　第三章至第五章分别对各项关键技术作针对性研究，包括对超声耦合原理、超声发射接收原理、高精度声时测量原理、温度补偿技术的研究。　　第六章为总结与展望。给出了论文的研究成果，指出了进一步研究的方向。

目录

摘要

第一章绪论

§1.1建筑钢结构上高强螺栓的应用

§1.2高强螺栓紧固力测量及控制现状

§1.3通用螺栓紧固力测量技术

§1.4超声检测基础理论

§1.4.1超声波传播特性

§1.4.2圆盘声源的超声场

§1.4.3超声波衰减理论

§1.4.4超声换能器概述

§1.5超声螺栓应力测量原理

§1.5.1声弹性原理

§1.5.2基于声弹性现象的螺栓应力测量技术

§1.6论文目的

§1.7论文的主要研究内容

§1.7.1基于声弹性现象的应力测量原理研究

§1.7.2高精度声时测量原理研究

§1.7.3超声发射接收及耦合技术研究

§1.7.4提高应力检测精度的温度补偿技术研究

§1.7.5测试仪软硬件系统开发

§1.7.6试验曲线拟合及材料系数测定

§1.8论文的意义

§1.9本章小结

第二章基于声弹性现象的螺栓应力测量原理研究

§2.1超声波螺栓应力测量理论公式推导

§2.2材料系数预测方法

§2.3应力测量误差理论分析

§2.4超声螺栓紧固力测试仪系统开发

§2.4.1测试仪硬件系统结构

§2.4.2键盘面板设计及界面说明

§2.4.3测试仪主要功能操作

§2.5试验系统及应力曲线

§2.5.1螺栓应力曲线测定试验

§2.5.2曲线拟合及结论

§2.6本章小结

第三章超声换能器及其耦合技术研究

§3.1螺栓应力检测中超声换能器研究

§3.1.1超声换能器电—声学特性

§3.1.2超声换能器选用

§3.1.3超声换能器工作模式

§3.2待测螺栓表面质量要求

§3.2.1螺栓端面平行度校核

§3.2.2螺栓端面与轴线垂直度校核

§3.3超声换能器安装方式

§3.4超声耦合技术

§3.5本章小结

第四章超声发射及回波检测原理研究

§4.1超声换能器激励原理

§4.2窄脉冲超声发射电路

§4.3高压DC/DC仪器电源

§4.4超声回波检测原理

§4.5前置放大技术研究

§4.6补偿回波衰减的AGC原理

§4.7回波检测系统控制技术

§4.8本章小结

第五章高精度声时测量原理研究

§5.1过零检测数字平均法声时测量原理

§5.2基于过零检测技术的声时测量硬件系统

§5.3温度补偿技术研究

§5.4本章小结

第六章总结与展望

主要参考文献

致谢

附录u3000u3000硕士期间参与项目及发表论文