[發明專利]一種檢驗螺栓載荷的方法

有效

• 申請號: 201110418780.8
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN103162877A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 王健志;邱濤;吳德鋒;何剛
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24;G01L1/16
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

技術領域

本發明涉及螺栓載荷監測領域，尤其涉及一種檢驗螺栓載荷的方法，可應用于飛機結構的螺栓載荷監測技術中，另外還可用于航空航天、機械、建筑等結構的細節分析、壽命評估以及健康監控等領域，特別在未來智能化工程結構中具有廣泛的應用前景。

背景技術

眾所周知工程結構都有表征其固有特性的剛度，其外在表現就是結構變形與承受載荷的大小呈現一定的關系，在已知結構剛度的情況下，通過測量結構變形，就可以計算出其承受的載荷大小，力學測量就是基于這樣的原理進行的。

現有技術中測量變形的方法很多，對于絕對位移在幾個毫米到幾百個毫米范圍內的大變形測量，可以使用鋼板尺、位移傳感器等；對絕對位移在幾微米到幾百個微米的小變形測量，可以使用千分尺、高精度位移傳感器等；而對于在實際工程結構中，相對變形在幾十到幾千個微應變間的微小變形的測量，最簡單也是最常用的方法就是使用應變片，常見的應變片有電阻應變計、光纖光柵應變計等。

螺栓作為一種最常見也是最重要的工程結構件之一，與其它結構一樣，其受載之后的變形通常都是非常微小，對于這種微變形理論上也可以采用應變片測量，但由于螺栓結構的特殊性，其結構緊湊、尺寸小、相對剛度大，很多時候都不具備粘貼應變片的條件，無法直接測量螺栓載荷，然而，工程結構件很多都是通過螺栓聯接的，由于螺栓的重要性，如何準確測量螺栓載荷一直是工程界的難題。

目前通常采用的辦法是，在螺栓固定件如耳片上粘貼應變片，通過測量耳片上的應力反推作用在螺栓上的載荷，如圖1所示，其中1是螺栓固定件耳片，2是螺栓孔，3是應變片，但是，如圖2所示，當耳片受到一載荷P時，耳片的應力分布是相當復雜的，其中1是螺栓固定件耳片，2是螺栓孔，03是應變片位置，04是應力較集中的位置，由于應變片貼片位置難以準確定位，載荷測量結果需要反推折算，因此僅由幾個測量點的應力值是很難準確算出接頭螺栓載荷的，通過這種方法無法準確測得螺栓載荷。

發明內容

本發明所解決的技術問題：為了滿足工程需要，根據螺栓在承載后普遍會出現彎曲等變形現象，我們提供了一種能直接監測螺栓載荷的方法，不需要反推折算，通過應用螺栓載荷傳感器，可準確測得螺栓載荷，解決了當前應變片測量技術中因螺栓結構較小與應變片布置困難的矛盾。

本發明的技術方案是：提供了一種能直接檢驗螺栓載荷的方法，包括步驟一，在螺栓內部埋入敏感元件；步驟二，敏感元件感知螺栓變形情況；步驟三，采集敏感元件的輸出信號，并對這些信號的變化情況進行分析和處理；步驟四，根據信號變化情況與螺栓變形的關系，對螺栓變形進行監測。

其中，所述步驟一種的敏感元件可以是光纖光柵、壓電薄膜；

其中，在螺栓內部埋入敏感元件步驟中，先在螺栓中心制一個小孔，然后在孔的中間灌入變形敏感材料光纖光柵或壓敏薄膜形成敏感區，孔徑和敏感區的長度根據螺栓載荷而定；

其中，螺栓小孔設有加強環。

本發明的有益效果在于：相比現有的通過粘貼在耳片上應變片的測量結果反推耳片螺栓載荷的方法，我們發明的螺栓載荷傳感器可以直接測量作用在螺栓上的載荷，避免了由于耳片應力復雜、應變片貼片位置難以準確定位以及載荷測量結果需要反推折算等不確定因素，可以明顯提高載荷測量的準確性，解決了當前應變片測量技術中因螺栓結構較小與應變片布置困難的矛盾。

附圖說明

圖1是傳統螺栓固定件耳片上粘貼應變片測量螺栓載荷過程的示意圖。

圖2是螺栓固定件耳片受載后應力分布模擬圖。

圖3是本發明優選實施例中監測螺栓載荷過程的示意圖。

圖4是本發明優選實施例中用光纖光柵檢測螺栓的結構示意圖。

圖5是本發明優選實施例中用壓電薄膜檢測螺栓的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施例并結合附圖3～5對本發明作進一步詳細的描述。

本發明螺栓載荷測量過程示意見圖3，主要包括光纖光柵40、加強環21，螺栓20、螺母30等部件，用于測量螺栓耳片結構的螺栓載荷，光纖光柵40為敏感元件，通過粘結劑膠接固化在螺栓中心的小孔中，兩端頭用加強環21固定和加強，耳片在載荷P作用下，螺栓20承載后發生變形，安置于螺栓中心的光纖光柵40隨之變形，通過光纖光柵40解調儀獲取這種變形信號，隨后經過信號分析和處理后得到有用的螺栓載荷大小信息。