为确保钢结构工程的可靠性和安全性,必须严格控制连接螺栓的紧固力,必要时还要在线监测螺栓工作应力。论文依据声弹性原理,提出了利用高强度螺栓轴向应力与拧紧前后超声波渡越时间差的关系,结合螺栓材料系数、夹紧厚度等参数,间接检测螺栓轴向应力的方法。消除了螺栓头与拧螺母段尺寸的不确定性和应力的非均匀分布影响以及温度变化造成的测量误差,大幅度提高了应力的测量精度。在此基础上,提出了材料系数预测、校正的方法。精度分析结果表明,螺栓应力测量精度优于5%,可满足绝大多数工业现场的要求。论文对超声螺栓应力测量原理,超声螺栓紧固力测试仪设计进行了系统研究。重点研究了基于声弹性现象的超声螺栓应力测量原理,并针对性的研究了超声发射接收原理、高精度声时测量原理、声耦合原理等关键技术。目前所研制的超声螺栓紧固力测试仪样机可用于超声渡越时间的精确测量和应力计算。 全文分为6章。 第一章综述了目前高强螺栓紧固力测量方法,表述了声弹性现象并提出基于声弹性现象的超声波螺栓应力测量技术。综述了相关超声基础理论,以及超声技术在螺栓应力检测方面的应用。 第二章对声弹法螺栓轴向应力测量技术进行全面的理论推导,主要包括声弹性理论的数学表述、材料系数定义、机械伸长量计算方法、螺栓有效受力长度及螺栓轴向应力的计算方法。理论公式中修正了温度影响,此外还提出了螺栓材料系数的预测方法。基于理论推导结论,开发了超声螺栓紧固力测试仪系统。介绍了测试仪的硬件结构、人机界面以及现场操作方法。通过该测试仪进行了超声螺栓应力试验曲线的测定和拟合。详细论述了通过曲线拟合对材料系数进行预测的方法。 第三章至第五章分别对各项关键技术作针对性研究,包括对超声耦合原理、超声发射接收原理、高精度声时测量原理、温度补偿技术的研究。 第六章为总结与展望。给出了论文的研究成果,指出了进一步研究的方向。