CN103162877B - 一种检验螺栓载荷的方法 - Google Patents
一种检验螺栓载荷的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103162877B CN103162877B CN201110418780.8A CN201110418780A CN103162877B CN 103162877 B CN103162877 B CN 103162877B CN 201110418780 A CN201110418780 A CN 201110418780A CN 103162877 B CN103162877 B CN 103162877B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bolt
- load
- sensitive element
- foil gauge
- situation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供了一种检验螺栓载荷的方法，其特征在于：在螺栓内部埋入敏感元件；敏感元件感知螺栓变形情况；采集敏感元件的输出信号，并对这些信号的变化情况进行分析和处理；根据信号变化情况与螺栓变形的关系，对螺栓变形进行监测；有益效果是：不需要反推折算，可准确测得螺栓载荷，解决了当前应变片测量技术中因螺栓结构较小与应变片布置困难的矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓载荷监测领域，尤其涉及一种检验螺栓载荷的方法，可应用于飞机结构的螺栓载荷监测技术中，另外还可用于航空航天、机械、建筑等结构的细节分析、寿命评估以及健康监控等领域，特别在未来智能化工程结构中具有广泛的应用前景。
背景技术
众所周知工程结构都有表征其固有特性的刚度，其外在表现就是结构变形与承受载荷的大小呈现一定的关系，在已知结构刚度的情况下，通过测量结构变形，就可以计算出其承受的载荷大小，力学测量就是基于这样的原理进行的。
现有技术中测量变形的方法很多，对于绝对位移在几个毫米到几百个毫米范围内的大变形测量，可以使用钢板尺、位移传感器等；对绝对位移在几微米到几百个微米的小变形测量，可以使用千分尺、高精度位移传感器等；而对于在实际工程结构中，相对变形在几十到几千个微应变间的微小变形的测量，最简单也是最常用的方法就是使用应变片，常见的应变片有电阻应变计、光纤光栅应变计等。
螺栓作为一种最常见也是最重要的工程结构件之一，与其它结构一样，其受载之后的变形通常都是非常微小，对于这种微变形理论上也可以采用应变片测量，但由于螺栓结构的特殊性，其结构紧凑、尺寸小、相对刚度大，很多时候都不具备粘贴应变片的条件，无法直接测量螺栓载荷，然而，工程结构件很多都是通过螺栓联接的，由于螺栓的重要性，如何准确测量螺栓载荷一直是工程界的难题。
目前通常采用的办法是，在螺栓固定件如耳片上粘贴应变片，通过测量耳片上的应力反推作用在螺栓上的载荷，如图1所示，其中1是螺栓固定件耳片，2是螺栓孔，3是应变片，但是，如图2所示，当耳片受到一载荷P时，耳片的应力分布是相当复杂的，其中1是螺栓固定件耳片，2是螺栓孔，03是应变片位置，04是应力较集中的位置，由于应变片贴片位置难以准确定位，载荷测量结果需要反推折算，因此仅由几个测量点的应力值是很难准确算出接头螺栓载荷的，通过这种方法无法准确测得螺栓载荷。
发明内容
本发明所解决的技术问题：为了满足工程需要，根据螺栓在承载后普遍会出现弯曲等变形现象，我们提供了一种能直接监测螺栓载荷的方法，不需要反推折算，通过应用螺栓载荷传感器，可准确测得螺栓载荷，解决了当前应变片测量技术中因螺栓结构较小与应变片布置困难的矛盾。
本发明的技术方案是：提供了一种能直接检验螺栓载荷的方法，包括步骤一，在螺栓内部埋入敏感元件；步骤二，敏感元件感知螺栓变形情况；步骤三，采集敏感元件的输出信号，并对这些信号的变化情况进行分析和处理；步骤四，根据信号变化情况与螺栓变形的关系，对螺栓变形进行监测。
其中，所述步骤一种的敏感元件可以是光纤光栅、压电薄膜；
其中，在螺栓内部埋入敏感元件步骤中，先在螺栓中心制一个小孔，然后在孔的中间灌入变形敏感材料光纤光栅或压敏薄膜形成敏感区，孔径和敏感区的长度根据螺栓载荷而定；
其中，螺栓小孔设有加强环。
本发明的有益效果在于：相比现有的通过粘贴在耳片上应变片的测量结果反推耳片螺栓载荷的方法，我们发明的螺栓载荷传感器可以直接测量作用在螺栓上的载荷，避免了由于耳片应力复杂、应变片贴片位置难以准确定位以及载荷测量结果需要反推折算等不确定因素，可以明显提高载荷测量的准确性，解决了当前应变片测量技术中因螺栓结构较小与应变片布置困难的矛盾。
附图说明
图1是传统螺栓固定件耳片上粘贴应变片测量螺栓载荷过程的示意图。
图2是螺栓固定件耳片受载后应力分布模拟图。
图3是本发明优选实施例中监测螺栓载荷过程的示意图。
图4是本发明优选实施例中用光纤光栅检测螺栓的结构示意图。
图5是本发明优选实施例中用压电薄膜检测螺栓的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图3～5对本发明作进一步详细的描述。
本发明螺栓载荷测量过程示意见图3，主要包括光纤光栅40、加强环21，螺栓20、螺母30等部件，用于测量螺栓耳片结构的螺栓载荷，光纤光栅40为敏感元件，通过粘结剂胶接固化在螺栓中心的小孔中，两端头用加强环21固定和加强，耳片在载荷P作用下，螺栓20承载后发生变形，安置于螺栓中心的光纤光栅40随之变形，通过光纤光栅40解调仪获取这种变形信号，随后经过信号分析和处理后得到有用的螺栓载荷大小信息。
图4是本发明优选实施例中用光纤光栅检测螺栓的结构示意图，在螺栓中心特制一个小孔，因为螺栓中心部分的材料对于其承弯能力的贡献是很小的，在孔的中间灌入光纤光栅40通过粘结剂填充物22胶接固化在螺栓中心的小孔中，对变形敏感的材料形成敏感区，当螺栓受载后，小孔轴线发生弯曲，小孔中的敏感材料会感知相应的变化，通过精确设计孔径和敏感区的长度，就可能检测到这种变化，通过采集敏感元件的输出信号，并对这些信号的变化情况进行分析和处理，找出信号变化情况与螺栓载荷的关系，从而达到监测螺栓载荷的目的。
图5是本发明优选实施例中用压电薄膜检测螺栓的结构示意图，在螺栓中心设置一孔，孔中心装有芯材23，芯材23的外围设有压电薄膜50，当耳片在载荷P作用下，螺栓20承载后发生变形，芯材23随之变形，由于材料弯面模量不同，变形不协调产生张开面24和闭合面25，闭合面25感受压力，由压电薄膜50接收并转换为电信号，通过采集压电薄膜50的输出信号，对这些电信号的变化情况进行分析和处理，找出电信号变化情况与螺栓载荷的关系，从而达到监测螺栓载荷的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请范围；凡其他未脱离本发明所揭示的实质下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求书范围内。
Claims (3)
1.一种监测螺栓载荷的方法，其特征在于：包括步骤一，螺栓中心制一个小孔，埋入敏感元件；步骤二，敏感元件感知螺栓变形情况；步骤三，采集敏感元件的输出信号，并对这些信号的变化情况进行分析和处理；步骤四，根据信号变化情况与螺栓变形的关系，对螺栓变形进行监测；所述步骤敏感元件为光纤光栅、压电薄膜。
2.根据权利要求1所述的监测螺栓载荷的方法，其特征在于：所述光纤光栅通过粘结剂胶接固化在螺栓中心的小孔中，两端头用加强环固定和加强，可以设置为一根或多根。
3.根据权利要求1所述的监测螺栓载荷的方法，其特征在于：所述螺栓内部设有中心孔，中心孔装有芯材，芯材的外围设有压电薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110418780.8A CN103162877B (zh) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 一种检验螺栓载荷的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110418780.8A CN103162877B (zh) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 一种检验螺栓载荷的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103162877A CN103162877A (zh) | 2013-06-19 |
| CN103162877B true CN103162877B (zh) | 2015-09-23 |
Family
ID=48586150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110418780.8A Active CN103162877B (zh) | 2011-12-15 | 2011-12-15 | 一种检验螺栓载荷的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103162877B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105538040B (zh) * | 2016-02-23 | 2018-01-09 | 大连理工大学 | 一种加工中心床身与立柱螺栓连接状态检测方法及装置 |
| CN106401628A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-02-15 | 大连理工大学 | 一种松紧度测试锚杆及松紧度测试系统 |
| CN108917997B (zh) * | 2018-07-27 | 2020-08-11 | 中国核动力研究设计院 | 一种适用于狭小空间的连接部件应力检测系统 |
| CN109556562A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-02 | 沈阳智航智能系统有限公司 | 一种可重复使用的螺栓载荷传感器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101648336A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-02-17 | 海泰斯（北京）工程设备有限公司 | 螺栓紧固系统 |
| CN101782444A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-21 | 昆明理工大学 | 线栏式柔性护栏的光纤Bragg光栅应力测量方法 |
| CN102278126A (zh) * | 2011-04-29 | 2011-12-14 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种盾构隧道管片连接螺栓受力测试方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3669765B2 (ja) * | 1996-03-29 | 2005-07-13 | 株式会社フジタ | 荷重検出装置 |
| KR101060751B1 (ko) * | 2009-10-30 | 2011-08-30 | 한국전력공사 | 브래그 광섬유를 이용한 볼트 축력표시 체결기기 |
-
2011
- 2011-12-15 CN CN201110418780.8A patent/CN103162877B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101648336A (zh) * | 2009-09-11 | 2010-02-17 | 海泰斯（北京）工程设备有限公司 | 螺栓紧固系统 |
| CN101782444A (zh) * | 2010-03-04 | 2010-07-21 | 昆明理工大学 | 线栏式柔性护栏的光纤Bragg光栅应力测量方法 |
| CN102278126A (zh) * | 2011-04-29 | 2011-12-14 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种盾构隧道管片连接螺栓受力测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103162877A (zh) | 2013-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103162877B (zh) | 一种检验螺栓载荷的方法 | |
| CN102313523B (zh) | 一种光纤光栅应变传感器灵敏度标定方法 | |
| CN104111133B (zh) | 大跨度预应力拉索钢结构索力监测系统及监测方法 | |
| CN203337111U (zh) | 抱箍式光纤光栅钢筋计 | |
| CN202928732U (zh) | 预应力混凝土桥梁绝对应力监测装置 | |
| CN104034453B (zh) | 基于分步钻环的混凝土桥梁单轴原位存量应力检测方法 | |
| Li et al. | Design of an enhanced sensitivity FBG strain sensor and application in highway bridge engineering | |
| CN106840482A (zh) | 一种预应力筋张拉应力与锚下应力测试装置及其测试方法 | |
| CN103940359A (zh) | 一种光纤光栅差动应变片及其制作和使用方法 | |
| CN206311247U (zh) | 一种基于分布式光纤感测的力和位移测量的传感器装置 | |
| CN103047939B (zh) | 光纤光栅应变传感器工程适用性评价方法 | |
| CN106525301A (zh) | 一种基于分布式光纤感测的力和位移测量方法及传感器 | |
| CN102937492A (zh) | 预应力混凝土桥梁绝对应力监测方法 | |
| CN202433131U (zh) | 一种检验螺栓载荷的装置 | |
| CN103499458B (zh) | 工程结构损伤表征的变标距测试方法 | |
| US11131591B2 (en) | FBG sensor-based bolt fastening joint surface pressure detection method | |
| CN208606915U (zh) | 一种钢管构件双轴残余应力的测量装置 | |
| CN202582503U (zh) | 透射式光栅应变计 | |
| CN108253904B (zh) | 一种增敏型光纤光栅传感器、及应变监测系统和方法 | |
| CN105300586A (zh) | 结构表面风雨荷载的监测系统及方法 | |
| CN110823122A (zh) | 一种基于光纤光栅与弹性体的弯曲曲率测量装置及方法 | |
| CN104458105A (zh) | 一种检测油井压力的方法及所用的光栅压力传感器 | |
| CN101806584B (zh) | 一种双层弓形微应变敏感器 | |
| CN205014938U (zh) | 附着式相对位移传感器 | |
| CN105547868A (zh) | 基于应力集中原理的落锤结构设计及其测试方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20130619 Assignee: Shenyang wisdom Navigation System Co., Ltd. Assignor: Shenyang Aircraft Design & Research Institute, Aviation Industry of China Contract record no.: 2017110000018 Denomination of invention: Method of testing bolt load Granted publication date: 20150923 License type: Exclusive License Record date: 20170926 |