应力测试技术在状态测试与评估中的应用

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试验与研奔应力侧 揍术 在 态测 与：译 哆庳零王伟雄 王新华 齐 凯 江爱华 刘柏清 广州市特种机电设备检测研究院在役起重机金属结构的安全评估就是对起重机金属结构系统中存在的危险因素进行确认并进行定性或定量分析，进而给出系统状态危险的定性和定量结论，依次进行评价。而应力和应变的测试是评价设备状态的重要手段，通过测试零件、结构的受力和工作状态 ，确定应力、应变、位移、力、载荷乃至加速度等力学参数的变化，从而解决工程结构和机械强度、刚度等问题 、 ，可对起重设备、结构的状态、寿命和运载能力进行全面的综合评估。

在进行结构应力应变分析时，应力应变电测技术是应用最广泛和适用性最强的方法之-。电阻应变测量法是依据电阻丝的电阻率随电阻丝的变形而变化的关系，把力学参数转换成与之成比例的电学参数，通过测量电学参数并依照-定的比例关系将其转换成试件的应变值。应力应变电测技术所使用的传感器(应变片)具有尺寸孝重量轻、灵敏度高、频率响应快和测量范围大(1～100000 8)等优点，而且可在较恶劣的环境(高温、低温与强辐射)条件下使用遥测系统进行测量 。

本文利用电阻应变测试技术，测取了-台lOOt造船用在役门座起重机金属结构在典型工况下的应力应变变化情况，并对该机的技术状态进行了定量分析，并为后期的剩余疲劳寿命提供了重要的参数。

1应变电测技术原理1.1电阻应变片工作原理电阻应变片是 电阻式敏感元件， 由基底、敏感栅、覆盖层、引线和粘结剂组成○属导线的电阻与导线本身有如下关系：(1)式中： --导体 电阻；p--导体材料电阻率 ；- - 导体长度；. - 导体横截面面积。

将式(1)取对数并微分，引入应变 e(e-d L， 为金属丝导线长度的相对变化)，最终可得到：dR(2)式中：七--电阻应变片灵敏系数，与导体材料及加工工艺有关。

由式(2)可知，金属导线受力变形时，其电阻相对变化率 /月与导线的应变 成-次函数关系。这样构件表面的应变量可直接通过金属丝电阻的相对变化表示，此即电阻应变效应。当构件受到外力发生变形时， 用粘结剂贴于构件上的电阻应变片亦产生变形。构件的变形通过粘结剂和电阻应变片的基底传递给敏感栅，此时敏感栅亦随试件-起变形，从而引起电阻应变片电阻值的变化，其变化大小与贴片处构件的平均应变成正比 。

1.2应变电测电路原理由式(2)可知，为了测得应变 E，只须求出△ 即可，而应变片电阻值的变化，可通过应变仪转变为电压或电流的变化，配合电阻应变片组成惠斯顿电桥，并对电桥的输出信号进行放大，转变为应变信号，最终由仪器直接测取构件的应力与应变。

2应变电测在门座起重机安全评估中的应用笔者研究在典型工况下-台lOOt造船用在役门座起重机金属结构的应力应度变化情况。

帽 试验与研究2.1现场测试·2.1.1仪器与设备测试所使用的数据采集设备选用德国HBM公司的SoMat eDAQ-litedx型高性能组合式野外数据采集器，传感器主要是l20Q的单向应变片，另外还有笔记本电脑、屏蔽线缆以及其它辅助工具。

·2.1.2测点布置应变测点的布置主要依据有限元建模与分析 ，根据被检测设备的实际工况，整机进行结构应力应变分析 ，如图1和图2所示 。同时，考虑设备的载荷关键控制点，焊缝危险点，易开裂位置，以及重复验证之需要，同时也考虑了实际贴片的可能性和可操作性。所有的应变测点均沿应力的主要方向布置。共计29个应变测试点，外加1个加速度开关信号。应变测点的分布在象鼻梁(8个点)，大拉杆(2个点)，臂架(6个点)，小拉杆(2个点)，人字架(9个点)和配重梁(2个点)上。加速度通道布置在主钩起吊部件上端垂向方向，试图了解主钩的动态特性。

图1典型1OOtl"]座式起重机有限元模型的变化似乎不明显。

测试工况 载荷配重 /t204 4l5 516 6l7 71·2.1 3测试工况设计加载工况的设计主要是模拟实际的起重机使用情况，包括 吊钩的匀速升降、急停及臂架的旋转等 s各种动作 ，并对各种载荷工况都进行了测试。具体见表l。

图2是工况2测试的应变数据结果 ，从图中可以发现，初始的应变变化主要是载重所引起，但随后比较大的变化是由于臂架跨度从1 3.4m移动到34m所引起的，但所有测试的应力值均超过材料许用应力。另外，通过测试可以得知，臂架的旋转对应变嚣露 蒜i f譬j罄#害羹游 # 嚣 穗i 尊誊瓣f4 。。 。 。 ≈表1应力测试工况说明工况信息臂架跨度13.6m处匀速逐档起升，吊钩升至约60m高处停，随即匀速逐档下降。

臂架跨度13.5m处起升离地，快速起升至-定高度停变幅至33m处停，向左旋转至180 停，反向转回停收杆至13.5m，快速下降至-定高度停，着地。

臂架跨度l 3.5m处起升离地，快速起升至-定高度急停，变幅至33.5m处停，快速下降至-定高度急停，快速起升至-定高度急停，收杆至13.5m停，快速下降至近地面处急停，着地。

臂架跨度20m处起升离地，快速起升至-定高度后急停，变幅至33m处停，快速下降后停，快速起升至-定高度后停，收杆至13.5m，快速下降至-定高度后停，下降加小旋转后在跨度23.6m着地。

臂架跨度23.6m处起升离地，停稳，先快速起升后稍减速至-定高度停，收杆至13 5m，落杆至32.5m处停，快速下降至-定高度停，起升至-定高度后停，收杆至13.5m停，快速下降至近地面处急停，小动作至跨度18m处，着地 。

臂架跨度28m处起升离地后停，跨度28m处起升离地后停，全速起升约离地25m处停，向右旋转90。后停，反向回正后停，收杆至13 5m停，全速起升约离地25m处停，向右旋转90。后停，反向回正后停，收杆至13.5m停，全速下降至-定高度后停，落杆至28.4m处停，下降后着地。

臂架跨度23.3m处起升离地，收杆至13 6m处停，快速起升至离地约l5m处停，落杆至27m再收杆，至26.8m处停，叉起升至-点高度后停，向左转9O。后停，反向转18O。后停，左转回正停臂架跨度22.1m处起升离地后停，全速起升至-点高度后停，左转90。后停，反向回转180。后停，左转至原位停，全速下降至-定高度后停，落杆至25.8m处，跨度回至23m处，着地。

臂架跨度22.6m处起升离地收杆至l6m，全速起升至-定高度停，跨度22.6m处起升离地收杆至16m，全速起升至-定高度停，向左旋转至90。后停，返回原地，全速下降，换3档下降至-定高度停，收杆至 22 lm停，三档下降后着地。

臂架跨度22.4m处起升离地，显示器超载关闭，慢速起升至-点高度后停，慢速下降慢着地后停。

试验与栅夯， 厂 兰些 -] -.1L二!! ---------- ：：49r- RG 02--2-37Irt(s30- C- h-10：～ B-2-4 -1，-- 二二二二二 -l- tRG 02-2 31t (s30Chll：应变c1.1丕RG 02-2 3It∞DCh12：应变 CI-3 !203厂--RG 理哩舆笔 量-- ]掰 l ： ～ -2l2 姿 -- 目. - - - - . ：J 。 - 丽厂- 彳时间(秒 )图2工况2第2次测试 (31tit重)数据 (通道9-14)应变的数据统计分析结果见图3，它显示了不同测点应变数据的最大值 (红色)和最小值 (蓝色)♂果表明，象鼻梁上的测点 (通道1-8)应变最大值较大，最小值几乎为零，在工作状况下主要受拉伸。其中通道8和5的应变最大，是比较危险的位置。臂架中测点 (通道l1-16)中的受力则主要是压缩，其中的通道13和14受压最大。图4是主钩垂直加速度各种加载工况下的幅值分布图。从图中可以看出，加速度的变化主要在±0.1g之内，虽然最大的加速度能够达到±0.5g，但应该来说振动不大。

接通i 数的最大最小蓝变值通道数图3应变数据的最大值和最小值 (工况6测试，61t载重)加速度的变化∞图4各种工况下加速度数据的幅值分布结果经过数据处理和拟合不难发现，本次测试中应变和载重之间具有线性关系，图5进-步给出了三种不同载重下通道8测点的应变和臂架跨度之间的线性方程，从测试点的线性拟合得出。并且当载重为零时，应变值 (自重不考虑)应该为零，基于此，本文将图5中的数据进行了载重正交化，并进行了线性回归 (见图6)，所得到的测点 (A4-1)载重臂架跨度和应变之间的关系为： (0.381 3L-3.6219) (3)其中，应变 ，载重 和臂架跨度 的单位分别为u ，t和ITI。以此类推，对其它的典型测点，类似的线性关系也可获得。这些关系式的建立将对后续的疲劳寿命分析提供很大的便利。

v：3o2l y208翻 l8I弘 / .// // / // / / / / / / / 臂架跨度0图5应变和臂架跨度之间的线性关系 (测点：应度-A4-1)vO38l3 1.6219 / ，夕。

，， 广 嚣 l； I- ≥， - 兹 I-叫赞畦 ll0 l5 ∞ 25 30 35臂架跨度(mJ图6正交化应变和臂架跨度之间的线性关系 (测点A4-1)2.3评估与建议1)整个起重设备受力较复杂区域集中在象鼻梁部位，而且该区域的应力值在所有测点中最大，日常使用和维护应作为重点检查对象。

2)旋转对整个结构的应力变化影响较小，但是作为动态设备，必须做到回转机构的充分润滑，避免回转机构缺少润滑介质而减少使用寿命的现象。

3)所有测点的应力值均小于标准要求的许用应力值 ，从强度方面考虑，该起重机的金属结构尚在安全使用期限内。

(下转第61页)；垂 鞯重 便 用 与 维煤；当煤仓温度超过80C且煤仓口有烟雾冒出时，立即使用放置在煤仓侧的大容量二氧化碳灭火器对该煤仓煤面自燃点进行喷射 ，同时停止该煤仓对应的给煤机运行。根据情况调整机组负荷 ，待火情得到控制后眷组织人力从输送-定数量的无烟煤进行压盖窒息直至火情消除为止。

9)锅炉尾部烟道加装低压省煤器 降低排烟温度。为降低排烟温度提高锅炉效率，并进-步提高和稳定除尘效果，满足最新国