某工廠研發(fā)了一款新型的專(zhuān)用升降機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)力計(jì)算并無(wú)適用理論，又不能對(duì)樣品進(jìn)行破壞性實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)聚航技術(shù)人員的研究討論后，決定利用應(yīng)變法測(cè)定殼體表面點(diǎn)的應(yīng)力分布情況，以便進(jìn)一步對(duì)殼體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
殼體實(shí)際情況及受理分析
產(chǎn)品的外殼用鋁合金沖壓而成，內(nèi)殼體和外殼體通過(guò)螺栓連接在一起，中間凸起圓柱部分懸掛鋼絲繩圈，靠吊環(huán)懸掛。重物通過(guò)掛鉤吊起，其重力通過(guò)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到控制手柄上，升降由控制手柄控制。
殼體的受力點(diǎn)比較多，屬于靜不定結(jié)構(gòu)，載荷作用在豎直方向，而且又不處于同一平面，理論分析比較困難，根據(jù)受力方向，大約估計(jì)危險(xiǎn)點(diǎn)的位置應(yīng)處于縱向或橫向*心線上。下圖是殼體形狀及測(cè)點(diǎn)位置。
應(yīng)變片粘貼及連接
由于構(gòu)件表面各點(diǎn)均為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，所以應(yīng)選擇應(yīng)變花作為傳感元件，本試驗(yàn)選用的是直角應(yīng)變花。先將待貼點(diǎn)處用粗砂紙打磨、再用細(xì)砂紙沿±45°方向打磨，畫(huà)好線，用丙酮清洗干凈即可開(kāi)始貼片。按0°、45°、90°方向貼片，貼片時(shí)要把握好手法，不能留氣泡等。貼好片后應(yīng)檢驗(yàn)貼片是否合格，然后將引出線與導(dǎo)線焊接在一起。
應(yīng)變花粘貼好后，通過(guò)導(dǎo)線與JH應(yīng)變儀連接，測(cè)量電橋采用半橋接法公共溫度補(bǔ)償，即測(cè)量電橋采用的是惠斯頓四臂電橋，四個(gè)橋臂的接點(diǎn)分別用A、B、C、D表示，AB之間接測(cè)量片，BC之間接溫度補(bǔ)償片，CD和DA之間接應(yīng)變儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻，這樣，從應(yīng)變儀的相應(yīng)點(diǎn)讀取的數(shù)值直接反應(yīng)的是待測(cè)點(diǎn)待測(cè)方向的應(yīng)變值，即ε測(cè)=ε真比較直觀，便于計(jì)算。
應(yīng)變測(cè)試過(guò)程
模擬實(shí)際工作自救儀的受力情況，將其懸掛，下邊掛環(huán)與傳感器連接，通過(guò)手輪加載。測(cè)量時(shí)，不斷改變掛環(huán)受力的位置，以改變殼體上各點(diǎn)的受力情況，每次加載按500N、1000N、1500N依次遞增，重復(fù)多次測(cè)得多組數(shù)據(jù)，計(jì)算各點(diǎn)主應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)隨著載荷的*大，主應(yīng)力按規(guī)律變化，前后數(shù)據(jù)吻合，分析后發(fā)現(xiàn)：F點(diǎn)和O點(diǎn)主應(yīng)力*大，其次是B、E、H、J、K。
通過(guò)*一輪的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)主應(yīng)力較大的點(diǎn)，為了驗(yàn)證*一輪試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及進(jìn)一步探索應(yīng)力分布狀況，在主應(yīng)力較大點(diǎn)及附近另外選擇一些點(diǎn)重貼應(yīng)變花。具體布點(diǎn)是：在緊挨著B點(diǎn)靠下一些取B`點(diǎn)、A點(diǎn)的上方取A`點(diǎn)、G點(diǎn)的左側(cè)取G`點(diǎn)，C點(diǎn)的右側(cè)C`點(diǎn)，其他點(diǎn)基本原位置重新進(jìn)行貼片，進(jìn)一步測(cè)量其主應(yīng)力分布狀況。
對(duì)于重貼的點(diǎn)，加載到1500N時(shí)，規(guī)律基本與*一次貼片的一致，其主應(yīng)力變化不大，而且，*大主應(yīng)力點(diǎn)還是在F、O位置。加載時(shí)，同樣采用△P=500N，取500N、1000N、1500N、2000N、進(jìn)行記錄，當(dāng)載荷在1000N以前時(shí)數(shù)據(jù)比較小，沒(méi)有分析的價(jià)值，本殼體的*大承載能力要求達(dá)到2000N，因此取各點(diǎn)在載荷為1500N及2000N時(shí)各中受力狀況下的*大主應(yīng)力及應(yīng)變。
從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)加載到1500N和2000N時(shí)，*大主應(yīng)力都位于O點(diǎn)位置，*小主應(yīng)力都為與F點(diǎn)位置，當(dāng)P=2000N時(shí)，O點(diǎn)σ1=9.899MPa，F(xiàn)點(diǎn)σ3=-11.199MPa，而其它各點(diǎn)的數(shù)值與*一次測(cè)得的接近而且還是均小于這兩點(diǎn)的數(shù)值。
結(jié)論
由試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的比較可知，殼體是安*的。同時(shí)，對(duì)自救儀的螺栓連接、掛環(huán)、吊帶等進(jìn)行了一系列的力學(xué)測(cè)試，承載能力都可達(dá)到500KG以上，基本符合要求。
對(duì)殼體的優(yōu)化建議如下：
1. 因?yàn)槔?三強(qiáng)度理論來(lái)校核殼體本身就偏于安*，且數(shù)據(jù)相差又較大，所以，殼體的具體厚度及尺寸還有較大的改進(jìn)空間；
2. 殼體上邊的孔洞是為散熱設(shè)計(jì)的，就該自救儀而言，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)下降速度比較慢，可不必考慮散熱，且孔洞的存在會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，直接影響強(qiáng)度。
3. 鋁合金外殼*心部分內(nèi)壓成圓環(huán)以懸掛鋼絲繩，整個(gè)重量大部分作用于此，強(qiáng)度要求比較高，改進(jìn)時(shí)應(yīng)考慮。
