應變電測法在高強度螺栓應力分析中的應用

某臺十噸港口門座式起重機已經使用了20年，近幾年，起重臂轉臺連接螺栓經常發(fā)生斷裂現象，有很大的安全隱患。該螺栓為M30高強度螺栓，其斷裂面位于螺栓頭根部或螺紋根部，且前者破壞程度大于后者。由應力分析結果可知，在起重機工作過程中，螺栓反復受到拉-彎作用，斷裂是因應力集中處的交變應力產生的疲勞破壞。其斷口外觀特征也證實了這一點。

采用應變電測法現場測試該螺栓兩個應力集中處的應力峰值，現在有二個技術難點；一是由于螺栓與螺孔之間間隙很小，無法直接貼片；二是導線引出困難。為此，我們設計制作了相同材料的專用測試螺栓，取代原有的螺栓進行測試。具體的做法是：在螺栓光桿部分對稱切削兩個小平臺，以便貼片；再是在螺栓頭相應部位鉆兩個小通孔，可將導線引出，與測試儀器連接。

為了較精確地測量應力集中處的應力峰值，采用1*1微型應變片，并用704封片膠防潮，保證測試的可靠性。測點編號為6和7。儀器采用聚航科技生產的JHYC靜態(tài)應變儀和JHDY動態(tài)應變儀，兩個儀器都是全軟件操作，可實時顯示數據和曲線。

由于是舊設備，為安全起見，測試過程中，其起吊重量略低于10t，用重9.8t的裝載機代替。螺栓測試與整機測試同時進行，在現場實時得到各種工況下的靜載數據和動載曲線。數據表格從略，部分動態(tài)記錄曲線見圖1、圖2。

將測得的應變值轉換為應力值時，取彈性模量E=210GPa，其測試結果如下：

靜態(tài)各工況中，測點6的（σ_max）=158.3MPa，測點7（σ_max）=-88.2MPa

動態(tài)各工況中，測點6的（σ_max）=214.0MPa，測點7的（σ_max）=-120.0MPa。

可以看出，螺栓頭根部的工作應力值遠大于螺紋根部的應力值，且為拉應力，這與實際破壞中前者大于后者的情況相符。

測試結果分析

螺栓材料為45鋼強化處理，其屈服強度σ_0.2=660MPa；若安全系數取n=1.5，其許用應力[σ]=660/1.5=440MPa。現螺栓的最大動應力值為214.0MPa，已為許用應力的近一半；再考慮到螺栓是在交變應力下工作，其持久極限更小，易產生疲勞破壞，故頻繁出現螺栓斷裂是理所當然的。

用應變片測試應力集中處的應力峰值，存在“削峰”現象。而為了貼片及引線，切削出二個小平臺并鉆二個小孔，造成了應力集中因素疊加，增大了應力集中的程度。但一減一增，抵消了部分影響，使測試值接近真值，數據可信。