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申请/专利权人：中国工程物理研究院总体工程研究所

摘要：本发明公开了一种基于超声尾波时差的螺栓应力声弹性测量方法，该方法利用超声尾波与头波之间的超声渡越时间差和对螺栓内部应力进行无损测量；通过理论建模和推导，建立了尾波与头波之间的超声渡越时间差和螺栓内部应力的关联关系，明确了尾波与头波之间的超声渡越时间差和螺栓长度无关。本发明提出的基于尾波声时差的螺栓应力超声测量方法能够消除螺栓长度对测量结果的影响，可广泛应用于核电厂、风力发电机、化工压力容器等关键结构部件链接螺栓应力测量等工业环境与场合，具有使用方便、数据量小、操作简易等优点。

主权项：1.基于超声尾波时差的螺栓应力声弹性测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立超声头波与超声尾波之间的渡越时间差∆t与螺栓轴向应力之间的关联关系：螺栓结构为轴对称的圆柱体结构，在螺栓端部利用信号发生器产生激励超声纵波时，超声纵波在第一角度范围内沿直线传播而无反射，该第一角度范围的纵波传输至螺栓底部，形成了超声头波；当超声脉冲的发射角超过第一角度范围时，超声纵波斜射到螺栓圆柱体的壁面上，发生全发射，再射回圆柱体的内部，形成了一个新的纵波源，对于超声球面波，每个入射角都形成新的纵波源，这些纵波源沿着螺栓中轴线向前传播并排成一列，这一列纵波源呈现出一个最大值包络，为主要声源，定义其为S1，此S1声源传播至螺栓底面，即形成超声尾波，超声头波与超声尾波之间的渡越时间差∆t通过理论推导可得 （1）其中，为纵波声速与横波声速的比值，c为超声波传播速度，α1为超声波反射角；基于应力声弹性测量原理，推导获得超声头波与超声尾波之间的渡越时间差∆t与螺栓内部应力值σ之间的关系为： （2）其中σ为螺栓应力值，E、k1分别螺栓材料弹性模量、垂直于超声传播方向的螺栓应力弹性系数；由于c、E、k1、D、α1均为温度Ｔ的函数，因此公式（2）可写作： （3） （4）S2：在不同温度情况，分别测量不同拉伸应力时的∆t，获得各个温度工况∆t-σ测量曲线，分别拟合获得式（4）中各个待定系数b0i、b1i、b2i、b3i、b4i...（i=1,2），由此可确定方程（3）；S3：对于待测螺栓进行超声检测，同时测量温度T，对接收的超声回波信号进行处理分析，从试验信号中识别并获取超声头波与超声尾波之间的超声渡越时间∆t，利用方程（3）计算温度为T时的螺栓轴向应力σ。

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