縦波と横波を用いた超音波非破壊高力ボルト軸力測定に関する研究

纵横波超声无损高强螺栓轴力测量研究

基本信息

批准号：
09750556
负责人：
山口隆司
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Osaka City University (1998)Kyoto University (1997)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750556/
关键词：
高力ボルト軸力推定音弾性法則超音波

项目摘要

本年度においては,前年度の研究成果を踏まえ,高力ボルトの軸力評価において最も重要となる,超音波伝播時間の高精度測定に影響を与える様々な因子について,横波を中心にさらに検討した.そして,これらの知見をもとに,実際に高力ボルトに引張力を作用させ,その時の伝播時間を高精度に測定し,1次元での音弾性法則に基づいて,高力ボルトの軸力評価を試みた.ここでは,高力ボルトの正確な長さが既知な場合に対応した縦波のみを用いた評価法と,公称長さのみが既知な場合に対応した縦波と横波の二つの波を用いる評価法のそれぞれを行い,橋梁接合部への適用の可能性について検討した.その結果,以下に示すような成果が得られた.1. 縦波と横波の伝播速度の応力依存性については,どちらも線形関係が存在する.そして,M22(F10T)高力ボルトの音弾性定数としては,縦波1.134×10^<-5>(MPa),横波1.952×10^<-6>(MPa)がそれぞれ得られた.2. シングアラウンド計測装置による超音波の高精度な伝播時間の計測は可能であるが,より高精度とするためには,(1)受信波のトリガー位置を載荷中においても一定に保つこと,(2)そのためには,分解能の向上の点から入射する超音波の振動数を5(MHz)以上とすること,(3)ボルトヘッドの変形に追随できる送・受信子固定治具を用いることなどに注意しなければならない.3. 高力ボルトの公称長さをもとに,超音波縦波のみを用いる軸力評価法では,推定誤差±30%以内の評価が可能である.さらにこの精度を上げるためには,高力ボルトの無応力時での初期長さが必要であり,実際,この初期長さを既知として与えた場合,その評価は非常に正確となる.4. 無応力時の初期長さを用いる代わりに,横波の伝播時間を与える,縦波と横波の2つの波を用いる軸力評価法は,横波の伝播時間が正確に計測できるのであれば,その推定誤差は,縦波のみの場合よりも大きく改善される.5. 以上のことから,現状の高力ボルトの現場測定の精度を考慮すると,本研究で提案する超音波縦波・横波を用いる軸力評価法は,橋梁構造物等の高力ボルト接合部の軸力測定に適用が可能であり,軸力を解放することなく測定可能であるという点から,維持管理に適した測定法であると言える.6. 今後は,現場での安定した横波の伝播時間測定が可能となるなような,治具,およびパルス波を入射できるような送・受信子の開発が望まれる.

今年，我们在前一年研究成果的基础上，进一步研究了影响高强螺栓轴向力评价最重要因素——超声波传播时间高精度测量的各种因素，重点基于这些发现，我们实际上对高强度螺栓施加了拉力，高精度地测量了传播时间，并确定了声弹性的一维定律。基于此，我们尝试评估高强螺栓的轴向力。这里，我们采用了仅使用纵波的评估方法，这对应于高强螺栓的精确长度已知的情况，并进行了评估仅使用纵波的方法，对应于已知高强度螺栓的精确长度的情况，我们根据情况进行了使用纵波和横波两种波的评估方法，并研究了应用的可能性。研究结果如下： 1．纵波和横波传播速度的应力依赖性之间存在线性关系。M22(F10T)高强螺栓的声弹性常数为1.134×10^<-5>(MPa)，横波为得到1.952×10^-6(MPa)。2．使用环绕测量装置可以高精度地测量超声波的传播时间，但为了获得更高的精度，必须（1）即使在加载过程中也保持接收波的触发位置恒定， (2))为此，为了提高分辨率，必须将入射超声波的频率设定为5(MHz)以上，(3)能够追随螺栓变形的发送器/接收器固定夹具3、使用头部一定要小心。基于高强度螺栓的公称长度，仅使用超声波纵波的轴向力评估方法能够以±30%的估计误差进行评估。为了进一步提高这种精度，需要将无应力的初始长度状态是必需的，事实上，如果这个初始长度是已知的，则评估将非常准确。 4．轴力评估方法不使用无应力状态下的初始长度，而是使用纵波和横波两种波，给出了横波的传播时间。如果横波的传播时间可以表示为测量准确，与仅纵波的情况相比，误差大大改善。 5．综上所述，考虑到目前高强螺栓现场测量的精度，本研究提出的利用超声波纵波和横波的轴向力评估方法，由于其可以应用于力测量，并且可以在不释放压力的情况下进行测量。轴向力，可以说是一种适合维修管理的测量方法。6．未来，希望开发一种能够在现场稳定地测量横波传播时间的夹具，以及能够输入脉冲波的发射器/接收器。