高强度螺栓紧固件被广泛应用在各种设备的紧固联接上。为了保障设备安全、可靠的工作,采取科学、有效的手段测量螺栓轴向应力大小,具有十分重要的工程意义。目前,在诸多测量螺栓轴向应力的方法中,基于声弹性原理的超声应力测量法因其具有对工件无损、简单快速和精确度高的优点而得到广泛关注。超声应力测量法通过测量超声波沿螺栓轴向传播的渡越时间(简称声时)来间接测量螺栓轴向应力,因此利用超声法测量螺栓应力,需要事先对相应规格的螺栓进行标定,建立应力与超声波声时之间的关系,且标定结果的精确性将会直接影响到应力实际测量的准确性。针对目前采用的标定方法存在螺栓装夹不便,手动加载且加载力不能精确控制等问题,论文拟研制一套基于超声波的螺栓应力自动化标定设备,以期实现对被标定螺栓进行自动连续加载控制以及应力和超声波声时的实时准确测量和数据处理,最终实现螺栓轴向应力与超声波声时之间关系的精确标定。论文首先基于声弹性效应,分析了超声波螺栓应力测量原理,建立了超声波声时差与螺栓轴向应力关系的数学模型。依据该模型,对标定试验系统进行了需求分析,确立了标定系统的设计目标,并完成了标定系统的总体方案设计。整个标定系统主要由机械结构、应力加载控制系统、多路数据采集传输系统和应用软件系统四大部分组成。论文设计了标定试验系统的机械结构,采用卧式双滑轨结构保证螺栓装夹拆卸方便,利用弹簧耦合机构保证超声探头的耦合状态良好。为实现螺栓应力的方便、准确加载以及应力和超声波声时的精确测量,论文设计了基于伺服电机的应力加载控制系统和基于NI数据采集卡与超声波检测模块的多路数据采集传输系统,应力加载控制系统采用基于Modbus协议的指令控制方式,通过RS485串口控制电机实现对螺栓平稳、连续、准确地加载;多路数据采集传输系统实现超声波声时、螺栓轴向应力、螺栓拧紧扭矩和环境温度等参数的实时测量与传输。论文还基于Lab VIEW平台设计了软件系统用于方便控制整个标定过程,实现对传感器采集数据的自动处理、显示、记录和标定结果的输出。论文在完成整个超声波螺栓应力自动标定试验系统的设计和样机研制的基础上,进行了大量的试验研究和数据分析,分析了螺栓夹紧长度和环境温度变化对超声波声时和标定结果的影响。大量试验结果表明,本系统能够方便快速的对长度在65～120mm范围内、规格在M8～M12之间、强度等级最大为8.8级的高强度螺栓进行灵敏度系数的准确标定,超声波声时分辨精度达1ns,应力测量精度为±0.05%FS,标定重复精度达到?2%,性能指标达到了预期的技术要求。