机械工程学报

作者：潘勤学, 常梅乐, 潘瑞鹏, 徐晓宇, 李双阳, 张云淼

单位：1. 北京理工大学机械与车辆学院 北京 100081;2. 北京理工大学先进加工技术国防重点学科实验室 北京 100081

关键词：螺栓,非线性超声,轴向应力,非线性系数；

基金：国家自然科学基金（51975050）和国家国防科技工业局技术基础（JSZL2018602C001）资助项目。

在工作过程中，螺栓常受到轴向应力的作用，作为最常见的紧固件之一，螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感，在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律，分析了非线性系数与基波幅值以及高次谐波幅值之间的关系，搭建了非线性超声检测系统。以45钢和304不锈钢材质的螺栓为研究对象，对不同轴向应力下的螺栓进行非线性超声检测，得到非线性系数与螺栓轴向应力之间的关系曲线。结果表明，螺栓的超声非线性系数随轴向应力的增大而单调增加，当轴向应力超过一定值时，非线性系数显著增大，说明非线性系数对应力变化敏感，可以用来表征螺栓的轴向应力。通过对相对非线性系数进行归一化和多项式拟合，得到螺栓轴向应力与归一化相对非线性系数之间的函数关系，然后采用非线性超声和线性体波检测两种方法对电子拉伸试验机施加的螺栓轴向应力进行检测验证试验，200 MPa以上的轴向应力采用非线性超声检测误差在6%以下，明显优于线性超声体波检测，研究结果为服役状况下螺栓的轴向应力检测提供了有效支撑。

来源：2021年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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