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专利号: 2015107963442
申请人: 西安建筑科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,包括:超声探头(1)、上试件(2)、支架(3)、下试件(4)、电涡流传感器(5)、钢球(6)、基座(7)、螺栓(8)、应变片、电桥、动态应变仪、力矩扳手、超声波发生器/接收器、超声波数据采集卡、信号采集系统和计算机;超声探头(1)放置上试件(2)上,用于测量结合面真实接触面积的大小;上试件(2)与支架(3)紧固在一起;下试件(4)设置于上试件(2)与基座(7)之间,基座(7)与下试件(4)之间安装有中心钢球(6),基座(7)上设有针对中心钢球(6)的中心螺纹孔,中心螺纹孔中安装有螺栓(8);螺栓与中心钢球(6)接触,中心钢球(6)与下试件(4)接触,上试件(2)与下试件(4)相互接触;电涡流传感器(5)与下试件(4)相连,用于测试结合面的变形量;电涡流传感器(5)的输出端通过信号采集系统连接计算机;超声探头(1)通过超声波发生器/接收器和超声波数据采集卡连接计算机,用于检测不同预紧力下结合面的声阻抗和穿透力相关数据,并将所得数据传送给计算机。

2.根据权利要求1所述的结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,所述螺栓(8)为10.9S级高强度扭剪型螺栓;螺杆轴心处内置应变片,通过电桥和动态应变仪能够测量螺栓预紧力的大小;应变片通过动态应变仪和信号采集系统连接计算机。

3.根据权利要求1所述的结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,下试件(4)与基座(7)之间布置五个钢球,五个钢球的布置方式为:一个布置在与基座的中心处,用于传递力,另外四个均布在基座垂直轴线上,用于支撑下试件和调整下试件的同轴度。

4.根据权利要求1所述的结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,电涡流传感器(5)对称布置下试件(4)的两侧。

5.根据权利要求1所述的结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,上试件(2)与支架(3)之间的连接是过盈配合。

6.根据权利要求1所述的结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,通过力矩扳手调节螺栓(8)的预紧力,能够获得不同预紧力下结合面的变形,从而能够获得结合面力与位移之间的关系,根据力与位移之间的关系获得结合面的接触刚度。

7.根据权利要求1所述的结合面真实接触面积测量装置,其特征在于,上试件(2)和下试件(4)采用相同或者不同材料进行配对;两接触面的加工方式相同或不同;结合面加润滑油或不加任何润滑油。

8.结合面真实接触面积测量方法,其特征在于,基于权利要求1只7中任一项所述的结合面真实接触面积测量装置,当螺栓(8)预紧力确定后,上试件(2)和下试件(4)相互接触,根据超声探头(1)获得声阻抗和穿透力,通过公式运算计算出结合面真实接触面;具体包括以下步骤:(a)通过超声探头(1)测量上试件(2)和下试件(4)的声阻抗Z1和Z2,根据式(1)求反射系数:(b)通过超声探头(1)测量接触区和非接触区的穿透力,根据(2)求得结合面处超声波的穿透力:h=h'+h” (2)

式中,h'表示非接触区超声波的反射穿透力,h”表示接触区超声波的反射穿透力;

(c)根据式(1)和式(2),计算结合面的接触率:

式中,h0表示无结合面结构的反射穿透力;

(d)根据接触率和名义接触面积,求得真实接触面积:

Ar=Aη (4)

式中,A表示名义接触面积。