能。另外， 螺栓8的螺桿軸屯、處內置應變片，通過電橋和動態(tài)應變儀可測量螺栓8預緊力的大小。應 變片通過動態(tài)應變儀和信號采集系統(tǒng)連接計算機。
[0037] 請參閱圖4所示，為保證同軸度，螺栓8的頂部需進行磨削加工，預緊力是通過中 屯、鋼球6傳遞給下試件4 ;下試件4與基座7之間布置五個鋼球，五個鋼球的布置是：一個 布置在與基座7的中屯、處，用于傳遞力，另外四個均布在基座7垂直軸線上，用于支撐下試 件4和調整下試件4的同軸度；采用鋼球的目的是便于調節(jié)力和減少接觸面積，使得波僅僅 在結合面處傳播。
[0038] 電滿流傳感器5對稱布置下試件4的兩側，其目的是保證受力均衡，同時根據(jù)測量 結合面的變形量進行比較，檢驗裝置是否滿足同軸度。
[0039] 上試件2與支架3之間的連接是過盈配合，可近似為一個剛性體，從而可W保證測 出的僅僅是結合面部分的變形量。
[0040] 通過力矩扳手調節(jié)螺栓8的預緊力，可獲得不同預緊力下結合面的變形，從而可 獲得結合面力與位移之間的關系，根據(jù)力與位移之間的關系可獲得結合面的接觸剛度。
[0041] 上試件2和下試件4可選用不同材料進行配對，也可選用相同材料進行配對；兩接 觸面的加工方式可相同，也可不同；結合面可加潤滑油，也可不加任何潤滑油。
[0042] 測試時，首先根據(jù)力矩扳手預緊螺栓8使其與中屯、鋼球6接觸，鋼球6將力傳遞給 下試件4,使得上試件2與下試件4在所設定的預緊力下相互接觸，通過電滿流傳感器5所 獲得結合面的變形量，可知設備是否滿足同軸度。在滿足同軸度要求的情況下，采用超聲探 頭1檢測結合面的聲阻抗和穿透力，利用所測得的參數(shù)計算結合面真實接觸面積。通過力 矩扳手調節(jié)螺栓預緊力的大小、設置不同表面粗糖度、不同材料的試件和結合面處的不同 介質，可獲得真實接觸面積與相應因素之間的函數(shù)關系，為研究結合面微觀力學行為提供 重要基礎數(shù)據(jù)。
[0043] 結合面真實接觸面積測量方法： W44] (1)通過超聲探頭1測量上試件2和下試件4的聲阻抗Zi和Z2,根據(jù)式（1)求反 射系數(shù)R:
[0045]
…
[0046] (2)通過超聲探頭1測量接觸區(qū)和非接觸區(qū)的穿透力，根據(jù)（2)求得結合面處超聲 波的穿透力h:
[0047] h=h'+h" 似
[0048] 式中，h'表示非接觸區(qū)超聲波的反射穿透力，h"表示接觸區(qū)超聲波的反射穿透 力； W例 做根據(jù)式（1)和式似，計算結合面的接觸率η: 陽化0]
Π)
[0051] 式中，h。表示無結合面結構的反射穿透力； 陽05引 （4)根據(jù)接觸率和名義接觸面積，求得真實接觸面積At:
[0053] A,=An (4)
[0054] 式中，A表示名義接觸面積。
【主權項】
1. 結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，包括：超聲探頭（1)、上試件（2)、支架 (3)、下試件（4)、電渦流傳感器（5)、鋼球（6)、基座（7)、螺栓（8)、應變片、電橋、動態(tài)應變 儀、力矩扳手、超聲波發(fā)生器/接收器、超聲波數(shù)據(jù)采集卡、信號采集系統(tǒng)和計算機；超聲探 頭（1)放置上試件（2)上，用于測量結合面真實接觸面積的大??；上試件（2)與支架（3)緊 固在一起；下試件⑷設置于上試件⑵與基座（7)之間，基座（7)與下試件⑷之間安裝 有中心鋼球(6)，基座（7)上設有針對中心鋼球(6)的中心螺紋孔，中心螺紋孔中安裝有螺 栓（8);螺栓與中心鋼球（6)接觸，中心鋼球（6)與下試件（4)接觸，上試件（2)與下試件 ⑷相互接觸；電渦流傳感器（5)與下試件⑷相連，用于測試結合面的變形量；電渦流傳 感器（5)的輸出端通過信號采集系統(tǒng)連接計算機；超聲探頭（1)通過超聲波發(fā)生器/接收 器和超聲波數(shù)據(jù)采集卡連接計算機，用于檢測不同預緊力下結合面的聲阻抗和穿透力相關 數(shù)據(jù)，并將所得數(shù)據(jù)傳送給計算機。2. 根據(jù)權利要求1所述的結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，所述螺栓（8) 為10. 9S級高強度扭剪型螺栓；螺桿軸心處內置應變片，通過電橋和動態(tài)應變儀能夠測量 螺栓預緊力的大??；應變片通過動態(tài)應變儀和信號采集系統(tǒng)連接計算機。3. 根據(jù)權利要求1所述的結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，下試件（4)與基 座（7)之間布置五個鋼球，五個鋼球的布置方式為：一個布置在與基座的中心處，用于傳遞 力，另外四個均布在基座垂直軸線上，用于支撐下試件和調整下試件的同軸度。4. 根據(jù)權利要求1所述的結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，電渦流傳感器 (5)對稱布置下試件（4)的兩側。5. 根據(jù)權利要求1所述的結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，上試件（2)與支 架（3)之間的連接是過盈配合。6. 根據(jù)權利要求1所述的結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，通過力矩扳手 調節(jié)螺栓（8)的預緊力，能夠獲得不同預緊力下結合面的變形，從而能夠獲得結合面力與 位移之間的關系，根據(jù)力與位移之間的關系獲得結合面的接觸剛度。7. 根據(jù)權利要求1所述的結合面真實接觸面積測量裝置，其特征在于，上試件（2)和下 試件（4)采用相同或者不同材料進行配對；兩接觸面的加工方式相同或不同；結合面加潤 滑油或不加任何潤滑油。8. 結合面真實接觸面積測量方法，其特征在于，基于權利要求1只7中任一項所述的 結合面真實接觸面積測量裝置，當螺栓（8)預緊力確定后，上試件（2)和下試件（4)相互接 觸，根據(jù)超聲探頭（1)獲得聲阻抗和穿透力，通過公式運算計算出結合面真實接觸面；具體 包括以下步驟： (a) 通過超聲探頭⑴測量上試件⑵和下試件（4)的聲阻抗21和22，根據(jù)式⑴求 反射系數(shù)：(b) 通過超聲探頭（1)測量接觸區(qū)和非接觸區(qū)的穿透力，根據(jù)（2)求得結合面處超聲波 的穿透力： h = h'+h" (2) 式中，h'表示非接觸區(qū)超聲波的反射穿透力，h"表示接觸區(qū)超聲波的反射穿透力； (C)根據(jù)式（1)和式（2)，計算結合面的接觸率：式中，h。表示無結合面結構的反射穿透力； (d)根據(jù)接觸率和名義接觸面積，求得真實接觸面積：式中，A表示名義接觸面積。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種結合面真實接觸面積測量裝置與測量方法，包括超聲探頭、上試件、下試件、螺栓、應變片、電橋、電渦流傳感器、鋼球、動態(tài)應變儀、力矩扳手、超聲波發(fā)生器/接收器、超聲波數(shù)據(jù)采集卡、信號采集系統(tǒng)和計算機；螺栓放入軸心處內置應變片，測試應力應變關系，螺栓與鋼球接觸，通過力矩扳手擰緊螺栓可使力傳遞給下試件，從而使得上試件與下試件相互接觸；通過超聲探頭、超聲波發(fā)生器/接收器和超聲波數(shù)據(jù)采集卡可獲得上下試件接觸時的真實接觸面積；螺栓的預緊力的獲得是通過應變片與電橋相連，電橋通過動態(tài)應變儀連接信號采集系統(tǒng)；電渦流傳感器用于檢測在不同預緊力下結合面的變形量。本實驗裝置結構簡單、裝卸方便，易于重復試驗。
【IPC分類】G01N29/04, G01B17/00
【公開號】CN105277149
【申請?zhí)枴緾N201510796344
【發(fā)明人】李玲, 蔡安江, 阮曉光
【申請人】西安建筑科技大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月18日