薛明昭

茂名威特检测技术有限公司 广东茂名 525011

目前国内常用电阻应变片法和扭矩扳手法来测量高强螺栓的应力，但它们分别受局部应力集中和摩擦因素的影响测量误差较大，对螺栓预紧力的控制带来困扰，无法保证螺栓的预紧力在施拧时达到设计的要求，给设备的运行留下安全隐患。为此，尝试开发用超声波来测量高强螺栓应力的新技术，该测量技术很大的程度上克服了上述两种方法的局限性，而且效率较高。

1 基本原理

根据虎克定律，在材料的屈服强度以内，即弹性变形内，材料的伸长量与施加的拉伸力成正比，用式（1）表示。

式中：△L——材料伸长量；

F——拉伸力；

L——材料长度；

E——材料弹性模量；

A——材料横截面积。

对于高强螺栓，在弹性变形阶段，可以通过式（1）计算得出其伸长量。

根据声弹性理论，超声纵波沿螺栓轴向传播时，材料中声速会随施加应力的大小而发生变化，声速的变化通过传播时间的变化表现出来。因此，只要找出传播时间的变化规律便可得知应力的变化规律，见式（2）。

式中：Cδ——超声纵波在δ＞0 时沿应力方向的传播速度；

Co—— 超声纵波在δ＝0 时的传播速度；

K——比例系数；

δ——应力。

由于应力作用，螺栓长度将有微小的变化，由（1）式可得到式（3）。

式中：Lδ——δ＞0 时的长度；

由式（7）可以得出，超声纵波在螺栓中传播时间的相对变化（△t/ to）与应力（δ）成近似线性关系。通过试验确定K 值后，即可以计算出应力。

但事实上，在螺栓上测量超声波传播速度的变化或传播时间的变化都非常困难。……