螺栓联接被大量应用于汽车、化工、大型压力机、船舶、航空等多个领域。螺栓的轴向预紧力对螺栓的使用寿命和联接状况有着重要的影响。这里拟建立螺栓轴向力与超声表面波能量间关系，拟合出其非线性曲线，并用实验来验证，同时结合表面波能量耗散法在线监测螺栓轴向力的衰减，为螺栓轴向力衰减的检测提供一种新方法，进而实现对螺栓轴向力的准确快速监测。
### 检测原理
螺栓联接是由螺栓和螺母对两个或多个联接件施加轴向的预紧力而形成，预紧力的大小决定着联接的紧密程度，螺栓联接在机械制造的许多领域中都占据着重要的位置。联接件表面不规则分布着许多微凸体与凹坑，当对螺栓施加预紧力，上下两个联接件间接触的微凸体就会相互挤压，结合面间的微凸体在外力作用下发生一定程度的弹塑性变形，从而导致微凸体之间的真实接触面积增大，进而使得接板间的真实接触面积也随之不断地增大。
文献[13]通过Hertz接触理论分析得出，在一定预紧力范围内，结合面间的真实接触面积伴随着轴向预紧力的增加而增加。超声波通过结合面间的微凸体相互接触的部位进行传播，因此两联接件结合面之间的实际接触面积与超声波的透射信号能量呈正比例关系，但当预紧力增加到一定程度，由于联接件间的微凸体基本被压平，结合面间接触面积达到最大，超声波透射信号的能量逐渐接近饱和状态并不再发生变化。
### 实验设计与方法
为了验证螺栓轴向力与超声表面波能量之间的关系，设计了一套实验装置。实验装置包括螺栓联接件、超声波发射与接收装置、力传感器和数据采集系统。首先，通过力传感器对螺栓施加不同的轴向预紧力，记录下每个预紧力下的超声波透射信号能量。然后，利用数据采集系统对超声波信号进行采集和处理，得到超声波透射信号的能量值。
### 实验结果与分析
实验结果表明，在一定预紧力范围内，超声波透射信号的能量随着轴向预紧力的增加而增加，呈现出明显的正相关关系。当预紧力达到一定值后，超声波透射信号的能量趋于饱和，不再随预紧力的增加而显著变化。这一结果与理论分析一致，验证了螺栓轴向力与超声表面波能量之间的非线性关系。
### 表面波能量耗散法在线监测
基于上述实验结果，提出了一种基于表面波能量耗散法的螺栓轴向力在线监测方法。该方法通过实时监测超声波透射信号的能量变化，结合预紧力与超声波能量之间的关系曲线，可以快速准确地判断螺栓轴向力的衰减情况。这种方法具有非接触、实时性强、精度高等优点，适用于各种复杂工况下的螺栓联接状态监测。
### 结论
本研究通过实验验证了螺栓轴向力与超声表面波能量之间的非线性关系，并提出了一种基于表面波能量耗散法的螺栓轴向力在线监测方法。该方法为螺栓轴向力衰减的检测提供了一种新思路，具有重要的工程应用价值。未来将进一步优化实验装置和数据处理算法，提高监测精度和适用范围，为螺栓联接的安全性和可靠性提供有力保障。
微信客服
