一种螺栓预紧力评估方法及其动态参数测量装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115993202A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202310045579.2(22)申请日2023.01.30(71)申请人北京工业大学地址100024北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人王月珍刘志峰李迎赵永胜闫兴陈文涛(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203专利代理师王兆波(51)Int.Cl.G01L5/24(2006.01)G01B7/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种螺栓预紧力评估方法及其动态参数测量装置(57)摘要本发明公开了一种螺栓预紧力评估方法及其动态参数测量装置，该方法包括：考虑恒定和动态参数，建立基于能量法的螺栓预紧力评估模型；获取栓接结构几何尺寸、测点翘曲位移与材料物理属性参数数据；根据所述测点翘曲位移及其与拧紧螺栓轴线距离确定薄板角位移；基于所述参数数据、角位移和评估模型确定螺栓预紧力。此外，该装置包括测点翘曲位移和螺栓预紧力测量系统。本发明提供的技术方案通过对螺栓预紧力的有效评估，能提高结构可靠性设计水平，为机械装备高性能装配及使役性能提升提供了理论依据，可减低维护成本。CN115993202ACN115993202A权利要求书1/1页1.一种螺栓预紧力评估方法，其特征在于，包括：建立基于能量法的螺栓预紧力评估模型；获取栓接结构几何尺寸、测点翘曲位移与材料物理属性参数数据；根据所述测点翘曲位移及其与拧紧螺栓轴线距离确定薄板角位移；基于所述参数数据、角位移和评估模型确定螺栓预紧力。2.根据权利要求1所述的螺栓预紧力评估方法，其特征在于，所述测点翘曲位移约等于螺栓伸长量，并利用翘曲位移实测数据进行修正。3.根据权利要求1所述的螺栓预紧力评估方法，其特征在于，所述评估模型考虑几何尺寸和物理属性等恒定参数及翘曲位移与角位移动态参数其中，F为螺栓预紧力，E为弹性模量，I为惯性矩，α为角位移，d为测点与拧紧螺栓轴线间距，l1为薄板长度，l2为薄板宽度，l3为薄板厚度。4.一种螺栓预紧力动态参数测量装置，其特征在于，包括：工作台(13)、数显扭矩扳手(6)、固定夹具(9)、螺栓连接结构(10)及测点翘曲位移和螺栓预紧力测量系统；所述测点翘曲位移测量系统由柔性支架(12)、电涡流位移传感器(4)、LMS系统(7)、供电装置(8)和位移采集软件(1)组成；所述螺栓预紧力测量系统由环形压力传感器(11)、信号放大器(5)、数据采集卡(3)和预紧力采集软件(2)组成；环形压力传感器(11)与螺栓连接结构(10)通过螺栓进行连接，并固定在固定夹具(9)上；通过数显扭矩扳手(6)加载的螺栓预紧力信号经信号放大器(5)和数据采集卡(3)传入计算机中的预紧力采集软件(2)；电涡流位移传感器(4)固定在柔性支架(12)上，采集的位移信号通过LMS系统(7)传入位移采集软件(1)；其中，供电装置(8)用于给LMS系统(7)供电，且固定夹具(9)和柔性支架(12)固定于工作台(13)上。5.根据权利要求4所述的螺栓预紧力动态参数测量装置，其特征在于，所述装置能够同时连续测量螺栓紧固期间预紧力和测点翘曲位移数据，且该数据可验证权利要求2所述的评估模型。2CN115993202A说明书1/3页一种螺栓预紧力评估方法及其动态参数测量装置技术领域[0001]本发明属于机械装备高性能装配技术领域，尤其涉及一种螺栓预紧力评估方法及其动态参数测量装置。背景技术[0002]螺栓是机械装备制造领域主要连接形式，其预紧力的精准评估已成为制约机械装备(尤其是航空航天、轨道交通、海洋工程及智能制造等高端装备)装配质量和使役性能提升的关键瓶颈。此外，近年来由于螺栓预紧力欠佳导致的安全事故时有发生，使得螺栓预紧力评估方法的重要性日益凸显。[0003]现有螺栓预紧力评估方法主要分为两类：一是考虑实际工况的经验模型，二是基于有限元的迭代调节模型。研究发现，前者精度取决于预应力与屈服极限比值，后者精度与效率取决于实体模型网格质量及边界条件，且两类方法通常忽略连接件几何尺寸与物理属性等参数的影响，未能从理论上建立较为全面的螺栓预紧力评估模型。因此，如何利用先进数学与力学理论提出预紧力评估方法变得尤为重要。发明内容[0004]鉴于上述现有方法的不足，本发明提供一种螺栓预紧力评估方法及其动态参数测量装置，用以在设计阶段实现预紧力精准评估和动态参数的实时测量，避免了预应力和边界条件检测困难的难题，能够提高机械装备装配质量和使役性能。[0005]为达到上述目的，本发明一方面提供一种螺栓预紧力评估方法，其技术方案为：[0006]基于螺栓紧固物理过程与数学谱问题等效方法，以能量为媒介，考虑结构几何尺寸和材料物理属性等恒定参数及翘曲位移