2026-01-No1-扣件技術新訊
余征諴博士 / 國立高雄科技大學 鍛造輥軋工程研究中心
各位【台灣扣件產業服務雲】會員先進們大家好，與您分享本期 #扣件技術新訊 (2026-01-No-1)：
#技術主題 : #智慧螺帽預緊力感測技術
螺栓連接 (bolted Connection)廣泛應用於航太、民用基礎設施、機械組裝及管道連接等各種工程結構中，其安全性依賴穩定的螺栓預緊力 (bolt preload)。預緊力受到動態載荷、疲勞、振動及溫度變化等因素影響，因衰減而導致螺栓鬆動，這可能引發嚴重的結構失效、疲勞斷裂、洩漏甚至災難性事故。現有的監測技術(如應變規、壓電感測器或光纖感測器)，往往需要在螺栓上鑽孔或開槽，其成本高、安裝複雜且易受環境干擾(如電磁、濕度)，限制了其在大規模工程中的應用。
Gao 等人 [1] 提出一種新型智慧螺帽 (smart nut)，以實現對螺栓預緊力的即時、準確、連續且非侵入式的監測，其規格為 M10，材質為不銹鋼 SUS 630。在六角凸緣螺帽内設計一內部環形槽，安裝4個應變規組成全橋測量電路 (full-bridge measurement circuit)，以環氧樹脂進行封裝以保護感測器免受環境損害。
利用壓力測試機校正感測器之壓力與電壓對應關係。再以預緊力測試機，建立轉換係數(1.48)，將電壓轉換為軸向力(預緊力)。
利用有限元素分析(FEA)及實驗結果知 :
(1) 在 30 kN 預緊力時，螺帽處於線性彈性狀態。
(2) 在 20～40 kN 之間的循環載荷情況，能即時監控預緊力變化，相對誤差在 8% 以內。在實測中的最大測量誤差小於 3.06%
(3) 螺紋間的摩擦係數變化對預緊力測量結果影響低。
此智慧螺帽技術，利用4個應變規組成全橋電路，内嵌在螺帽中進行非侵入式監測，無需對螺栓進行鑽孔或開槽，能維持連接結構的完整性，具備極高的測量精準度，實測誤差小於 3.06%，且輸出訊號與預緊力具備優異的線性關係。相較於高成本的壓電或光纖系統，智慧螺帽提供了一種低成本、結構簡單且易於應用推廣的實用方案，能即時且連續的監測結構，為維護部門提供早期預警以防止災難性事故，提升設施的安全性與維護效率。
應用該技術，可協助產業透過『智慧螺帽預緊力感測技術』，建立『智慧感測扣件設計技術』之技術能量及相關研究開發之參考資料。
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#參考資料：
[1] Gao, X., Hu, Y., Zhou, H., Guan, Y., Xu, S., Liu, L., ... & Kong, M. (2025, November). A smart nut for accurate real-time monitoring of bolt preload. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 3141, No. 1, p. 012004). IOP Publishing., https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/3141/1/012004
[2] 台灣扣件產業服務雲, 扣件技術新訊, Vol. 2026-01-No1, 智慧螺帽預緊力感測技術, https://www.tw-fastener.com/tfsc/knowledge/BLP_ebd42d2e-b794-4246-af86-227dfdd023e4
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Tag: #Fastener, #Nut, #Monitoring, #Preload, #Screw.
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#Further Information :
#Article Type : Reference Review, Technical Paper, Summary.
#Title : A smart nut for accurate real-time monitoring of bolt preload.
#Product : Smart nut, M10, Stainless steel 630.
#Technology : Nut structure design, Bolt preload, Bolted Connections, Strain gauge, Full bridge measurement circuit, Real-time Monitoring, Calibration, Pre-tightening test machine (PTV), Monitoring, Structural Health Monitoring (SHM), Finite Element Analysis (FEA), CAE
#Process Design : Nut structure design, Assembly strain gauge and nut, Calibration, Voltage and force relationship, Pre-tightening testing.
#Benefit : High Accuracy, Low-cost, Continuous Assessment, Environmental Robustness, Proactive Maintenance, Easy Integration, Early Warning.
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