CN103822755A - 一种用于应力测量系统校准的拉应力发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计一种用于应力测量系统校准的拉应力发生装置，本装置具有结构简单、外形美观、使用方便的特征。通过拧紧两端的螺栓，经过框架来给弹性元件施加载荷，使弹性拉应力发生元件上校准区域产生一定的拉应力。然后用超声应力检测系统对弹性拉应力发生元件上校准区域内的拉应力值进行测量，拉应力值通过环形测力传感器测出的拉力值和几何测量仪器测出的弹性元件上校准区域的横截面长度和宽度计算得到，并作为标准拉应力值。环形测力传感器和几何测量仪器经校准溯源，可得证拉应力发生装置产生的拉应力值具有溯原性和高准确性。通过对比测量值与标准拉应力值之间的偏差来评估与校准超声应力检测系统对拉应力测量的准确性。

Description

一种用于应力测量系统校准的拉应力发生装置

一、技术领域

本发明涉及一种用于应力测量系统校准的拉应力发生装置，该装置适用于超声应力检测系统拉应力测量性能的评估与校准。

二、背景技术

材料结构应力的无损检测技术一直被广泛关注，超声法应力测量技术作为主要检测方法之一主要是利用超声波传播速度与应力状态的关系来对材料结构应力进行测量的，而且此方法与小孔法、X射线衍射法、磁粉法、中子衍射法相比有很多优点，不仅不损伤被测物体，而且对人体完全无害。

在利用超声波无损检测物体的结构应力日渐成熟的同时，对其检测结果的校准也逐渐受到广泛地关注，因此设计能产生标准拉应力发生装置超声应力检测系统的测量性能进行评估与校准，对保证超声应力检测系统测量的拉应力值具有溯原性和准确性，有非常重要的意义。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种用于应力测量系统校准的拉应力发生装置，且具有结构简单、外形美观和体积小的特点。

本发明的目的是这样实现的，用被测材料制作弹性拉应力发生元件，将两个螺栓从装置的两端旋紧，通过框架与螺栓的作用力与反作用力的作用，使弹性拉应力发生元件上校准区域产生拉应力，由环形测力传感器测出作用在弹性拉应力发生元件的拉力，再测出弹性拉应力发生元件上校准区域的横截面长、宽，通过公式计算出弹性拉应力发生元件上校准区域内的拉应力值，对于测力的环形力传感器和弹性元件截面测量的长度测量仪器可事先进行校准和溯源，因此，计算出的拉应力值可以作为拉应力标准值，然后用超声应力检测系统对弹性拉应力发生元件上校准区域内的拉应力值进行测量，通过与计算所得结果的对比来评估与校准超声应力检测系统对拉应力测量的准确性。

四、附图说明

图1拉应力发生装置装配图；

图2超声应力检测检测系统对弹性拉应力发生元件上校准区域的拉应力测量示意图。

附图标记说明如下：

图1：螺栓1、垫圈2、环形测力传感器3、框架4、弹性拉应力发生元件5、螺栓6

图2：超声应力检测系统的传感器7、弹性拉应力发生元件5

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

1.弹性拉应力发生元件校准区域拉应力的产生与计算

（1）弹性拉应力发生元件校准区域拉应力的产生与计算原理

如图1所示，将垫圈2、环形测力传感器3、、框架4和弹性拉应力发生元件5由上到下同心放置，两个螺栓1和6从装置的两端拧入弹性拉应力发生元件5，便可使弹性拉应力发生元件上校准区域产生拉应力。拉应力值的大小通过测量拉力值和弹性元件截面积计算得到，用环形测力传感器测出作用于弹性元件的拉力大小，用几何量测量仪器测出弹性拉应力发生元件上校准区域横截面的长、宽，则弹性拉应力发生元件上校准区域所产生的拉应力可以按以下公式计算得出：

${\mathrm{\σ}}_b=\frac{F}{A}=\frac{F}{\mathrm{bh}}$

其中，F为环形测力传感器测出的作用于弹性元件上的拉力值

A为弹性拉应力发生元件上校准区域的横截面积

b为弹性拉应力发生元件上校准区域横截面的宽度

h为弹性拉应力发生元件上校准区域横截面的长度。

（2）弹性拉应力发生元件上校准区域拉应力计算结果的准确性的说明

因为作用于弹性拉应力发生元件上校准区域的拉力值F、弹性拉应力发生元件上校准区域横截面积的宽b以及弹性拉应力发生元件上校准区域横截面积的长h，三个值度具有很好的溯原性，所以就保证了由公式计算所得结果的准确性，即公式计算所得的拉应力值σ_b具有较高的精度。

2.超声应力检测系统的拉应力校准方法

如图2所示，当环形测力传感器3测得的拉力值F稳定后，即弹性拉应力发生元件上校准区域的拉力稳定后，将需要校准的超声应力检测系统的传感器7放在弹性拉应力发生元件上校准区域内，对弹性拉应力发生元件上校准区域的拉应力进行测量。

对超声应力检测系统所测的拉应力结果与公式计算结果进行比较，得到测量值偏差，即可对超声应力检测系统的对拉应力的测量准确性进行评定或对其调节和保证提供依据。

通过控制两端螺栓1和6的旋转量可以对弹性元件施加不同的拉力，因此利用本发明设计的标准拉应力发生装置，可以在多个拉应力值下对超声应力检测系统的测量准确性进行全面校准。

3.两个螺栓1和6的加工说明

如图1所示，上下两个螺栓1和6的螺纹规格D≥M48、性能级别≥10.9级、表面氧化的A级内六角圆柱螺钉再加工制成。圆柱头的直径为D1≥72mm，加工时按照国标的规定方法将螺栓的外螺纹加工成螺纹规格D2≥20mm，并保证性能等级不变。

两个螺栓1和6之所以要用内六角圆柱螺钉制作的原因是为了美观，选择由螺纹规格D≥M48的螺栓是因为其圆柱头的直径大，可保证弹性拉应力发生元件受力均匀。

4.弹性拉应力发生元件5的制作说明

如图2所示，弹性拉应力发生元件5由上下两个圆柱与中间一个矩形柱构成，其中上下两个圆柱要加工内螺纹，螺纹规格要与螺栓1和6的螺纹规格相匹配，因为要加工内螺纹，圆柱的直径D2不能太小，但D2也不能太大，否则弹性拉应力发生元件5无法放置于框架4内。

弹性拉应力发生元件5在制作时所用材料要与被测构件或结构的材料一致。

弹性拉应力发生元件5的高度H的范围为140～200mm，其具体值可根据超声应力检测系统的传感器7间距以及在保证框架4有足够的稳定性的条件下的框架4的高度来定。

弹性拉应力发生元件5的上下两个圆柱要有足够的厚度，以保证螺栓1和6有足够的旋合长度，但又不能太厚，以便给校准区域留有足够的长度来放置超声应力检测系统的传感器7。

弹性拉应力发生元件5的校准区域在矩形柱上，加工时要保证其表面不得有划痕、凹坑、毛刺等缺陷。其校准区域的表面粗糙度Ra≤1.6。这样可以使超声应力检测系统的传感器7与校准区域耦合的更好，提高校准精度。

弹性拉应力发生元件5校准区域的矩形柱的横截面积要在200mm2以内，以确保环形测力传感器3不超出量程，并且框架4和螺栓1和6能够支撑相应的应力载荷，且框架4还不失稳。横截面的具体长宽值可以根据超声应力检测系统的传感器7的宽度与实际情况来定。

弹性拉应力发生元件5的两个圆柱与矩形柱之间要加工相应的倒圆角，保证其平滑过渡，防止产生集中应力。

弹性拉应力发生元件5在加工完成后还需要相应的热处理来消除加工过程产生的应力。

4.垫圈2的作用

如图1与图2所示，垫圈2主要是用来保护环形测力传感器7，防止环形测力传感器3与螺栓1间的相对滑动损伤环形测力传感器3，所以垫圈2的两面要保证表面粗糙度Ra≤3.2。

5.框架4的作用

如图2所示，框架4的存在，使螺栓1和6对框架4的压力转化为了对弹性拉应力发生元件5的拉力，起关键性作用。

6.如图2所示，为了保证载荷可以完全传递到弹性元件的校准区域，螺栓1和6、垫圈2、环形测力传感器3、框架4和弹性拉应力发生元件5要同心对齐。

Claims (7)

1.一种用于应力测量系统校准的拉应力发生装置。其特征在于：它包括螺栓、框架、环形测力传感器、垫圈、弹性拉应力发生元件；弹性拉应力发生元件放于框架内部，两个螺栓装在装置的两端；旋转两端的螺栓，使弹性元件受力产生定值拉应力，用超声应力检测系统对弹性拉应力发生元件上校准区域内的拉应力值进行测量，通过与装置发生的标准拉应力值进行对比来评估与校准超声应力检测系统对拉应力测量的准确性。

2.根据权利要求1所要求的装置发生的标准拉应力值，其特征在于：装置产生的拉应力值通过用环形测力传感器测出的弹性元件拉力值和用几何量测量仪测出的弹性元件尺寸计算得出，因环形测力传感器和几何量测量仪易校准，所以该装置发生的拉应力值具有溯原性和较高的准确性，可作为标准拉应力值使用。

3.根据权利要求1所述的弹性拉应力发生元件，其特征在于：装置中弹性拉应力发生元件的材料与被校准的超声应力检测系统要检测的构件或结构的材料相同，能满足超声应力检测系统中声弹性常数与材料种类相关的约束。

4.根据权利要求1所述的弹性拉应力发生元件，其特征在于：弹性拉应力发生元件的矩形柱上可以放置超声应力检测系统的传感器，以便对弹性拉应力发生元件上校准区域内的拉应力值进行测量。

5.根据权利要求1所述的弹性拉应力发生元件，其特征在于：在加工时，弹性拉应力发生元件的两个圆柱与矩形柱连接的结构有倒圆角，可防止应力集中。

6.根据权利要求1所述的弹性拉应力发生元件，其特征在于弹性拉应力发生元件是与下端的螺栓相分离的，可以单独进行制作。

7.根据权利要求1所述的旋转两端的螺栓，使弹性元件受力产生定值拉应力，其特征在于：通过控制两端螺栓的旋转量，可以对弹性元件施加不同的拉力，从而可以在弹性元件材料的弹性范围内多个标准拉应力值下对超声应力检测系统测量准确性进行全面校准。

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