光纖智能螺栓在汽車螺栓預緊力試驗中的應用
汽車螺栓預緊可以提高螺栓連接的可靠性、防松能力和螺栓的疲勞強度，增強連接的緊密性和剛性。大量的試驗和使用經驗證明：較高的預緊力對車輛連接部位的可靠性和被連接部位的壽命都是有益的，特別對有密封要求的連接更為必要。當然，過高的預緊力，如若控制不當或者偶然過載，也常會導致連接的失效，從而造成汽車安全事故。因此，精準確定螺栓的預緊力是非常重要的。
對于螺栓預緊力，目前工程實踐中，大多通過扭矩—轉角法進行控制，需要獲得螺栓的扭矩—轉角—預緊力關系曲線，其中預緊力的準確測量尤為關鍵。（受螺紋摩擦力、螺栓頭部摩擦力、夾層應力釋放等因素影響，扭矩轉換為預緊力的分散性較大，當然最好的方法是對每個螺栓的預緊力進行現場檢測，但受技術和成本限制，暫難以規?；瘧茫?。而在汽車試驗領域，目前通常的方式是采用超聲波技術驗證螺栓的預緊力，但仍存在一些局限，例如螺栓夾持長度過短，空心螺栓無法測量，溫度變化對測量精度的影響，以及耐久性試驗中使用不便等問題。
利用光纖光柵精準測量螺栓的預緊力，拉力，剪切力的技術早在2011年沈陽飛機設計研究所就用于國內多個型號軍機的結構強度試驗中，該技術直到2017年才作為軍轉民的技術投入到民用市場中，目前與沈陽智航智能系統有限公司合作研發的光纖智能螺栓就是應用該技術面向民用市場推出的第一代高科技產品。
光纖智能螺栓對于螺栓的預緊力檢測效果及驗證溫度對預緊力的影響我們通過大量的試驗得以證明。
檢測步驟：
1)針對硬連接螺栓，通過測量螺栓擰緊扭矩、轉角以及軸力之間的關系曲線，得出光纖智能螺栓對預緊力的直接檢測效果；
2)在恒定預緊力下，通過改變環境溫度，分別測量不帶溫度和帶溫度補償功能的智能螺栓預緊力隨溫度變化曲線，得出光纖智能螺栓的溫度補償誤差水平。
試驗件為國標8.8級M10螺栓及配套螺栓，采用硬連接，在螺母一側安裝墊圈，螺栓固定，扭矩施加在螺母上，分別針對螺紋無潤滑和有潤滑兩種狀態進行試驗，加載工具為量程200Nm(±3%)扭矩扳手。
2a
從圖2a所示轉角—扭矩曲線圖得出，基于扭矩轉角方法的測量分散性較大、重復性較差，特別是在有無潤滑條件下差異明顯，表明摩擦力、測量次數對扭矩損耗的影響巨大，符合實踐經驗和工程預期；
2b
從圖2b所示轉角—軸力曲線圖得出，轉角與預緊軸力之間嚴格相關，受摩擦力影響較小，測量分散性小、重復性好。事實上，在螺栓開始預緊后的彈性范圍內，轉角與螺桿伸長量應是線性相關的（近似的伸長量＝螺距×轉角/360），因此，轉角與預緊軸力嚴格相關是符合工程預期的，表明智能螺栓對預緊軸力的檢測結果是真實可靠的；
2c
在以上結論的基礎上，從圖2c所示扭矩—軸力曲線圖進一步得出，通過扭矩檢測螺栓預緊軸力是不可靠的；智能螺栓能夠準確測量螺栓預緊力，可用于螺栓緊固扭矩、轉角以及軸力曲線的試驗測試。
說明
1) 過屈服問題
在圖2b、2c有潤滑條件第多次測量結果中，螺栓擰緊到了過屈服狀態，屈服拐點處的軸力約為34KN，M10螺栓的有效應力面積為(58-1.6)mm2(其中1.6為開孔損失)，8.8級螺栓的屈服強度約為640Mpa，當量屈服軸力約為36KN，智能螺栓的軸力測量結果是準確的。需要說明的是，M10螺栓有效應力面積實際上應該位于螺紋收尾根部，對于半螺紋螺栓，其光桿部位的面積應為75 mm2，則36KN屈服載荷下，光桿部位的應力約為480MPa，對于鋼制螺栓，彈性模量取210Gpa，對應的屈服應變約為2300με,而智能螺栓所用的光纖傳感器有效量程為±(3000～5000)με，能夠滿足過屈服狀態的測量要求。
即使對于10.9級螺栓，考慮極限全螺紋情況，屈服應變約4200με，光纖智能螺栓也能滿足過屈服狀態的測量要求。因此，智能螺栓用于過屈服螺栓的預緊力測量也是有效的。
2) 溫度問題
智能螺栓內部同時集成了載荷和溫度傳感器，具有溫度自補償功能，通過軟件設置，可以消除環境溫度對載荷檢測精度的影響。圖3給出了環境溫度變化+10度條件下，開啟溫度補償功能前后，智能螺栓的載荷檢測精度對比結果：
1) 開啟溫度補償功能后，載荷檢測誤差的波動范圍為±1.7%；
2) 關閉溫度補償功能后，載荷檢測誤差的波動范圍為±11.1%；
3) 光纖智能螺栓的溫度自補償功能能夠有效解決環境溫度對測量結果的影響。
光纖智能螺栓是利用光柵技術與螺栓的結合對螺栓載荷進行精準監測的高科技產品，其光纖光柵傳感部件直接深入螺栓內部，緊密固定，對螺栓夾持過短情況,空心螺栓以及在車輛耐久性試驗中都可精確測量，其測量精度高，性價比高，抗腐蝕，抗電磁干擾等的特點可滿足于汽車行業對螺栓的預緊力以及拉伸，剪切載荷的測量及長期監測的需求。
與傳統的超聲波測試方式相比，該技術具備如下優勢：
1. 無需使用其他耗材，節省測試成本。
2. 實際環境測量精準度更高。
3. 可用于強電磁干擾環境下的測試。
4. 可在震動環境下保證測試精準度。
5. 傳感器自帶溫度補償，無需另購。
6. 傳感器安裝拆卸更方便。
7. 支持遠距離測量，信號無衰減。
對某汽車型號車用螺栓的測試案例：
