一種采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法技術

本發明專利技術公開了一種采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，基于聲彈理論，利用線性回歸方法，找出螺栓受力后聲速變化與應力之間的規律，達到測量螺栓應力的目的。聲速比率回歸法實現了風機塔架高強度在役螺栓應力無損檢測，聲速比率回歸法測量螺栓應力的數據經與拉力機數據相比較誤差在±2%之內，數據精度完全滿足工程需要。方法簡單可靠，有利于螺栓的定期監測，監控螺栓在使用中的變化規律，便于判斷螺栓使用壽命。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及螺栓應力檢測
，特別涉及。
技術介紹
現在我國已經并網運行和在建風力發電機組有近四萬臺。目前安裝風機塔架連接高強螺栓緊固方法采用的是力矩法，由于安裝扭矩和扭矩系數平均值吻合不好，使得螺栓軸力(預載荷)分散度很大。安裝后部分高強螺栓預載荷超出設計值，給風電場風機塔筒的穩定運行帶來隱患。當前普遍利用的聲時法測量技術，無法檢測已經運行的在役螺栓預緊力和實際載荷。目前，國外流行的螺栓應力檢測基本原理是采用聲時差法，即利用螺栓受力前后聲時的變化達到檢測應力目的。國內尚無工程應用。而且，聲時差法測量應力有一個必要條件，就是每一顆螺栓的初始聲時必須在安裝前測量。即對于安裝完成的螺栓是無法測量應力的。因此，針對上述情況，如何提供一種能夠測量服役螺栓軸力的方法，成為本領域技術人員亟待解決的重要技術問題。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供了，可以高精度測量在役螺栓的預載荷和運行即時載荷，進而提高風機連接螺栓運行的安全性，降低和杜絕由螺栓超軸力引起的事故發生。為實現上述目的，本專利技術提供如下技術方案:—種采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，包括步驟:A、測量服役螺栓的長度L和超聲波聲時T ；B、根據Co =L/T，計算得到應力狀態的聲速C σ ；C、根據下面的公式計算得到軸力σ:σ =K0 Δ C σ /C0=K0 (C0-C σ ) /C0,其中，K。為應力因子，C。為無應力聲速。優選的，對上述軸力σ的計算公式進行線性回歸分析，包括步驟:I)通過材料試驗機對待測螺栓施加軸力；2)測量不同軸力下所述待測螺栓的長度和超聲波聲時；3)用計算機對數據進行數理統計，對上述公式進行線性回歸分析；4)建立數據庫。優選的，對上述軸力σ的計算公式根據有效長度進行修正:Co =Lo/(T — Lo/Co);其中，Lo為有應力長度，Lo為無應力長度，Co為有應力聲速，Co為無應力聲速。優選的，針對風機塔架法蘭連接螺栓，有應力長度=夾緊長度+5/6螺栓直徑。優選的，對上述軸力σ的計算公式根據應力漂移進行修正；應力漂移:螺栓測試載荷和回歸曲線。優選的，對上述軸力σ的計算公式根據溫度進行修正:修正后的聲時T=TM*[1+CP(0-X)];其中，Tm為測量聲時，Cp為聲時溫度系數，Θ為測量溫度，X為參照溫度；聲時溫度系數Cp=Cpv= (CM/CB-1) / ( θ -X);其中，Cpv為聲速溫度系數，Cm為測量溫度Θ下的聲速，Cb為參照溫度X下的聲速。優選的，對上述軸力σ的計算公式根據熱膨脹進行修正；伸縮量ALr=L*a* ( Θ — X),其中，a為線膨脹系數，Θ為測量溫度，X為參照溫度。優選的，參照溫度X具體為22°。優選的，螺栓的長度測量采用千分尺。優選的，螺栓的超聲波聲時測量采用澳大利亞產的BoltMike III螺栓應力儀。從上述的技術方案可以看出，本專利技術提供的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，與現有的聲時法相比，無需采集安裝前單個螺栓的數據，只要測量安裝完成后每顆應力狀態下的聲速就可以計算出螺栓軸力，既可以在安裝過程中測量螺栓應力，也可以測量安裝完成后的螺栓應力。另一方面，聲時法用到的是聲時差，而聲速比率回歸法用的是應力狀態下的聲速，前者測量誤差大于后者。因此，本方法可以高精度測量在役螺栓的預載荷和運行即時載荷，進而提高風機連接螺栓運行的安全性，降低和杜絕由螺栓超軸力引起的事故發生。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1為螺栓有效長度的結構示意圖；圖2為低軸力螺栓斷面應力分布示意圖；圖3為本專利技術實施例提供的螺栓測試載荷和回歸曲線；圖4為13顆不同制造廠家，不同規格螺栓的溫度一聲時曲線；圖5為螺栓聲時與溫度變化關系示意圖；圖6為M39*285螺栓試驗機顯示應力和聲速法計算應力對比示意圖；圖7為M42*305螺栓用聲時法、聲速法和應變法三種方法應力檢測，根據前22顆螺栓測試數據繪制的比較示意圖；圖8為聲時法和聲速法相比于應變法的偏差率不意圖；圖9為節選圖8中前20顆數據的示意圖。具體實施方式本專利技術公開了，可以高精度測量在役螺栓的預載荷和運行即時載荷，進而提高風機連接螺栓運行的安全性，降低和杜絕由螺栓超軸力引起的事故發生。下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。根據聲彈理論，固體中的應力將引起聲速的變化，聲速變化比率與應力呈線性關系。Kino等人推導出縱波聲速變化率和應力間關系:Δ C/C0= (C-C0) / C0= σ ( μ J — λ(ηι+ λ + 2μ))/μ(3λ + 2μ)(λ + 2μ)其中C為縱波沿應力方向的縱波波速，C。為介質無應力時的縱波波速，σ為應力，λ.μ為拉曼常數，J.m為三階彈性常數。拉曼常數和三階彈性常數由金屬材料原子間結合力、結合鍵本性、晶體結構、化學成分、金相組織、織構(晶粒的擇優取向一塑變加工中形成)等因素決定。如果材料的化學成分及塑變工藝穩定，那么這些常數則是不變的。超聲波特性和探頭結構影響三階彈性常數。因此，上述公式可寫為ACzOi=(C-CqVO)=KciO ；其中Ktl為應力因子。通過實驗驗證，其線性關系很好。正是基于上面的理論基礎，本專利技術提供了一種采用聲速測量應力的方法。具體的，本專利技術實施例提供的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，其核專利技術點在于，包括步驟:A、測量服役螺栓的長度L和超聲波聲時T ；B、根據Co =L/T，計算得到應力狀態的聲速C σ ；C、根據下面的公式計算得到軸力σ:σ =K0 Δ C σ /C0=K0 (C0-C o )/C0,其中，K。為應力因子，決定于螺栓的材料、規格和批次，C。為無應力聲速，在不同的介質中聲速不同。從上述的技術方案可以看出，本專利技術實施例提供的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，與現有的聲時法相比，無需采集安裝前單個螺栓的數據，只要測量安裝完成后每顆應力狀態下的聲速就可以計算出螺栓軸力，既可以在安裝過程中測量螺栓應力，也可以測量安裝完成后的螺栓應力。另一方面，聲時法用到的是聲時差，而聲速比率回歸法用的是應力狀態下的聲速，前者測量誤差大于后者。因此，本方法可以高精度測量在役螺栓的預載荷和運行即時載荷，進而提高風機連接螺栓運行的安全性，降低和杜絕由螺栓超軸力引起的事故發生。為了使理論公式更加貼近于聲速與應力的實際變化規律，進一步對上述軸力σ的計算公式進行線性回歸分析，得到不同螺栓對應的應力因子Ktl和無應力聲速Ctl，包括步驟:I)通過材料試驗機對待測螺栓施加軸力；具體可以采用2000ΚΝ萬能試驗機，測量精度2% ;或者IOOOONm扭矩實驗機，測量精度2%，能夠更好的模擬螺栓的服役狀態；不過經實驗表明通過這兩種方式測量得到的最終結果是一致的。2)測量不同軸力下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，其特征在于，包括步驟：A、測量服役螺栓的長度L和超聲波聲時T；B、根據Cσ=L/T，計算得到應力狀態的聲速Cσ；C、根據下面的公式計算得到軸力σ：σ=K0ΔCσ/C0=K0(C0?Cσ)/C0，其中，K0為應力因子，C0為無應力聲速。

【技術特征摘要】
1.一種采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，其特征在于，包括步驟: A、測量服役螺栓的長度L和超聲波聲時T； B、根據Cσ =L/T,計算得到應力狀態的聲速C σ ； C、根據下面的公式計算得到軸力σ: σ =K0ACo/C0=K0 (C0-C σ)/C0, 其中，K。為應力因子，C0為無應力聲速。2.根據權利要求1所述的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，其特征在于，對上述軸力σ的計算公式進行線性回歸分析，包括步驟: 1)通過材料試驗機對待測螺栓施加軸力； 2)測量不同軸力下所述待測螺栓的長度和超聲波聲時； 3)用計算機對數據進行數理統計，對上述公式進行線性回歸分析； 4)建立數據庫。3.根據權利要求2所述的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，其特征在于，對上述軸力σ的計算公式根據有效長度進行修正:C σ =L σ / (Τ - Lo/Co)； 其中，Lo為有應力長度，Lo為無應力長度，Co為有應力聲速，Co為無應力聲速。4.根據權利要求3所述的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力的方法，其特征在于，針對風機塔架法蘭連接螺栓，有應力長度=夾緊長度+5/6螺栓直徑。5.根據權利要求4所述的采用聲速比率回歸法測量服役螺栓軸力...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鈕永田，史文超，
申請(專利權)人：吉林省天合風電設備有限公司，
類型：發明
國別省市：