螺栓作为机械领域常用联接件被广泛应用于各个工程应用中,精确评估其工作状态对预防关键设备失效和减少安全隐患至关重要。当前,基于声弹性效应的超声无损检测方法已被广泛应用于螺栓轴向应力测量,但最常使用的超声单波法和双波法在测量短螺栓时存在较大的测量误差,尤其是在测量一些特种领域（如航空航天）中的超高强度螺栓以及硬件设备受限时,这种问题尤为突出,这就使超声检测方法的通用性受到了限制。针对这个问题,本文提出了一种基于超声频谱能量衰减的螺栓轴向应力评估方法。（1）由无织构多晶体材料的有效弹性系数张量及超声波在介质中传播时的衰减系数表达式和九种不同散射模式,得到了超声纵波和横波在立方对称多晶体材料中传播时的应力相关衰减系数表达式。在此基础上,根据螺栓的受力状态,推导了包含螺栓材料与轴向应力信息的纵波和横波衰减系数表达式。（2）针对螺栓轴向应力超声实测信号中存在的柱面导波对信号的影响以及底面回波傅里叶频谱杂乱的问题,提出了一种由一次和二次底面回波的频谱能量比值来代替衰减系数评估螺栓轴向应力的方法,推导出了与材料固有参数和轴向应力相关的频谱能量衰减系数计算模型,并对模型进行了数值仿真。（3）针对一次底面回波和二次底面回波的傅里叶谱混叠失真的问题,采用经验小波变换算法对超声回波信号进行分解,通过模拟仿真信号验证了分离算法的有效性。利用粒子群优化算法对各分量能量衰减系数的归一化权重进行了优化,提出了基于经验小波的频谱能量衰减系数评估方法。（4）由搭建的螺栓轴向应力超声测试系统,分别使用单波法、双波法和能量衰减法对一批螺栓进行了轴向应力标定和测量实验。实验结果表明,相较于传统的单波法和双波法,本文所提出的能量衰减法在测量短螺栓时优势显著,测量精度高,能够克服硬件设备的限制。