船用起重機是海上環(huán)境中執(zhí)行運輸作業(yè)的一種特殊起重機，主要用于艦船間貨物的運輸轉(zhuǎn)移、海上補給、水下作業(yè)設(shè)備的投放與回收等重要任務(wù)。船用起重機在交付前需要進行載荷應(yīng)力測試，主要是檢測船用起重機關(guān)鍵部位在不同工況下的載荷應(yīng)力大小，驗證是否滿足工作強度要求，并根據(jù)實際測試結(jié)果對結(jié)構(gòu)進行加強。某生產(chǎn)企業(yè)找到南京聚航科技有限公司，委托我們進行這項載荷應(yīng)力測試試驗。
試驗儀器
儀器采用聚航科技的JHDY動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，儀器多通道設(shè)計，可同時多臺儀器并聯(lián)使用，可達數(shù)百通道，所有通道同步采樣。全中文軟件操作，測量數(shù)據(jù)實時顯示，數(shù)據(jù)及曲線實時保存。
應(yīng)力測試方案
船用起重機主要由基座、塔身、吊臂和控制系統(tǒng)構(gòu)成，測量部位均為鋼材。測點選擇主要為了考察幾個關(guān)鍵部位的強度，因受力方向未知，采用三軸應(yīng)變花。其中塔身頂部10個測點，框架1個測點，吊臂本體2個測點，卷揚機加固構(gòu)件1個測點。
測試分為4種載荷工作模式：荷重40噸保持操作、荷重40噸卷上下操作、荷重45噸保持操作、荷重45噸旋回操作。在每個工作模式準備好后，應(yīng)變儀器進行調(diào)零并開始測量采集。駕駛員按照操作方式進行操作直到操作流程結(jié)束后，儀器測量停止采集。每個工作模式重復(fù)3次，記錄3次測試的最大最小應(yīng)力值和平均值。
應(yīng)力測試結(jié)果
測量過程中通過軟件記錄了各通道的應(yīng)力變化，以下為其中2個測點在載荷模式2測試時的變化曲線。
圖1 載荷模式2應(yīng)力全程變化曲線
從結(jié)構(gòu)安全角度考慮，我們?nèi)「鱾€測點在整個測試過程中的最大應(yīng)力值、最小應(yīng)力值的3次重復(fù)的平均值來驗證船用起重機的結(jié)構(gòu)強度，各測點應(yīng)力詳細數(shù)據(jù)見下表。
試驗項 | A | B | C | D | |||||
荷重 | 40T | 40T | 45T | 45T | |||||
操作 | 保持 | 卷上下 | 保持 | 旋回 | |||||
部位 | 測點 次數(shù) | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 |
塔身部 | 1 | -59.7 | -171.5 | 7.9 | -3.7 | -4.8 | -186.4 | -3.8 | -180.1 |
2 | -155.9 | -177.0 | -17.4 | -36.9 | -101.8 | -233.9 | -101.4 | -230.7 | |
3 | -32.3 | -181.9 | -1.8 | -24.3 | -34.8 | -202.4 | -33.7 | -199.6 | |
4 | -65.7 | -180.8 | -7.8 | -18.6 | -71.8 | -202.3 | -70.6 | -198.2 | |
5 | 45.8 | -207.5 | 4.1 | -27.2 | 52.4 | -231.6 | 51.0 | -229.1 | |
6 | 39.6 | -71 | -0.2 | -8.3 | 45 | -79.6 | 44.2 | -76.8 | |
7 | 212.5 | 90 | 71.2 | 29.3 | 240 | 102.2 | 244.1 | 103.7 | |
8 | 162.2 | -0.8 | 61.8 | 6.8 | 184.7 | -0.1 | 187.9 | 0.7 | |
9 | -118.3 | -454.6 | -27.7 | -117 | -133.4 | -512.4 | -133.5 | -513.8 | |
10 | -13.9 | -195 | -5.7 | -52.3 | -14.4 | -219.7 | -15.2 | -221.5 | |
頂部 | 11 | -141.3 | -252.6 | -147.0 | -329.7 | -155.7 | -280.6 | -177.9 | -316.3 |
吊臂 | 12 | -82.5 | -177.8 | 15.2 | -18.7 | -89.5 | -201.7 | -92.4 | -184.6 |
13 | -8.7 | -188.9 | -8.6 | -217.7 | -7.9 | -205 | -8.9 | -217.4 | |
卷揚 | 14 | 0.9 | 0.3 | 5 | 0.8 | 4.4 | 0.9 | 12.2 | 1.5 |
注：以上σ1 為最大主應(yīng)力，σ3 為最小主應(yīng)力，-代表壓應(yīng)力，不帶-的為拉應(yīng)力。應(yīng)力單位為：MPa。
數(shù)據(jù)分析及結(jié)論
從以上應(yīng)力數(shù)據(jù)列表可以看出，本次測量的各測點在4種測試項目下，7#點在45噸旋回狀態(tài)下的拉應(yīng)力最大為244.1MPa，超過材料屈服強度的2/3。9#點在45噸旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力最大-513.8MPa，存在應(yīng)力集中問題。
針對上述問題，后續(xù)對起重機應(yīng)力集中部位進行了加強，并在原9#測點附近選取2個測點再次進行測試，1#距離焊縫5mm，2#距離焊縫40mm，測試結(jié)果如下：
試驗項 | A | B | C | D | |||||
荷重 | 40T | 40T | 45T | 45T | |||||
操作 | 保持 | 卷上下 | 保持 | 旋回 | |||||
部位 | 測點 次數(shù) | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 | σ1 | σ3 |
塔身部 | 1 | -90.0 | -340.4 | -22.0 | -89.8 | -100.8 | -381.3 | -104.7 | -395.7 |
2 | -65.5 | -264.8 | -15.6 | -71.1 | -73.4 | -295.4 | -77.8 | -307.1 | |
根據(jù)結(jié)果可以看出，進行加強后，應(yīng)力集中問題已大幅改善，1#點在45 t旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力最大為-395.7MPa，最大應(yīng)力下降23%。2#點在45 t旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力最大-307.1MPa，最大應(yīng)力下降40%，其中靠近焊縫位置應(yīng)力較為集中。
