高空作業(yè)平臺應(yīng)力應(yīng)變測試分析研究

高空作業(yè)平臺是一種用于將作業(yè)人員和工具舉升到指定高度并進(jìn)行高空作業(yè)的一種特殊設(shè)備。通常，在完成高空作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)分析后，有必要驗證樣機(jī)在實(shí)際工況下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力是否符合設(shè)計預(yù)期。當(dāng)從應(yīng)變測試收集的數(shù)據(jù)十分符合有限元分析的預(yù)期結(jié)果，工程師對理論模型的信心會更高，這將減少設(shè)計耗時和昂貴的原型機(jī)。

應(yīng)變測試是利用應(yīng)變片測量構(gòu)件表面應(yīng)力狀態(tài)的一種試驗分析方法，借助應(yīng)變片測量結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同工況下的表面應(yīng)變以及隨時間的動態(tài)應(yīng)變變化和應(yīng)力峰值，為結(jié)構(gòu)設(shè)計安全評估提供了可靠數(shù)據(jù)支持，并進(jìn)一步驗證結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

測試點(diǎn)的確定

通常應(yīng)變片會粘貼在工程師感興趣的高應(yīng)力區(qū)域，以驗證結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，但應(yīng)變片的粘貼位置總是受到多種因素的影響：①不利于應(yīng)變片粘貼和測量的幾何形狀受限區(qū)域，如結(jié)構(gòu)中的圓弧、尖角、焊縫和孔等；②在運(yùn)動機(jī)構(gòu)的行程范圍內(nèi)可能會造成應(yīng)變片損壞的位置；③可能會導(dǎo)致較大測量誤差的應(yīng)力梯度大且范圍小的高應(yīng)力區(qū)域。

在應(yīng)變測試中獲得精確的數(shù)據(jù)比記錄最大和最小預(yù)期值更為重要。在確定測試點(diǎn)的位置時，普遍的做法是將應(yīng)變片布置在最大應(yīng)力點(diǎn)附近，且應(yīng)力變化比較平緩的區(qū)域，以此來推測臨近區(qū)域應(yīng)力分布的有效性，并減小因位置偏差導(dǎo)致的人為誤差。

根據(jù)高空作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)有限元分析應(yīng)力云圖，選取前傾工況的測試點(diǎn)1、2和側(cè)傾工況的測試點(diǎn)3、4開展應(yīng)變測試。

應(yīng)變片的粘貼

應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量決定了應(yīng)變測試的測量精度，因此選取恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用技術(shù)和輔助材料至關(guān)重要。

試件表面處理

試件表面達(dá)到化學(xué)上的清潔狀態(tài)并獲得與粘接要求相適應(yīng)的表面粗糙度，以及提供能見的定位線以便精確定位，這是應(yīng)變片得以牢固粘接在試件表面的必要保證。

應(yīng)變片的粘貼

在高空作業(yè)平臺測試工況中，因無法確定測試點(diǎn)的主應(yīng)力方向，應(yīng)變片選用一款以金屬箔為基體的三向應(yīng)變花。在粘貼應(yīng)變片時，應(yīng)檢查應(yīng)變片是否有折痕，斷絲等缺陷。粘貼全過程應(yīng)在盡可能短的時間內(nèi)完成，并避免任何形式的污染物。

應(yīng)變片的保護(hù)

因機(jī)械損傷、腐蝕和氧化效應(yīng)的影響，應(yīng)變片柵格、基底尺寸和粘結(jié)層的變化都有可能導(dǎo)致電阻值的永久性增加。因此，在完成黏貼后必須提供對應(yīng)變片的保護(hù)，通常會在應(yīng)變片表面涂敷風(fēng)干式聚氨酯涂料，在其凝固后再在其表面涂一層蠟。

應(yīng)變測試的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果對比

應(yīng)變測試的工況要確定和結(jié)構(gòu)分析工況相一致，才能更真實(shí)的體現(xiàn)結(jié)構(gòu)真實(shí)的應(yīng)力狀況?？捎善矫鎽?yīng)力狀態(tài)的廣義胡克定律，將測試點(diǎn)在一個完成的工作循環(huán)下的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為最大主應(yīng)力的動態(tài)變化曲線。

各測試點(diǎn)的最大主應(yīng)力曲線如圖。

其中：

AB段-平臺舉升至最大工作高度的過程；

BC段-底盤傾角至分析工況相同的過程；

CD段-施加風(fēng)載荷和手動力合力的過程；

DE段-施加等效合力后機(jī)器的穩(wěn)定階段；

EF段-釋放平臺水平作用力的過程；

FG段-釋放水平作用力后的穩(wěn)定階段；

GH段-平臺下降到收藏初始狀態(tài)的過程。

觀察這四個測試點(diǎn)的最大主應(yīng)力變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)同一工況下臨近的兩個測試點(diǎn)的應(yīng)力曲線相似。這也從一定程度上驗證了整個應(yīng)變測試過程符合預(yù)期。

結(jié)合高空作業(yè)水平的實(shí)際工況和測試點(diǎn)的受力情況分析，應(yīng)變儀記錄的是柵格由壓縮狀態(tài)到拉伸狀態(tài)時電阻值的變化，所以應(yīng)力曲線表示的是測試點(diǎn)在工作循環(huán)內(nèi)的最大主應(yīng)力變化范圍。同樣的，還需要計算出測試點(diǎn)在有限元分析中的應(yīng)力變化范圍。有限元分析結(jié)果和應(yīng)變測試數(shù)據(jù)表1。

結(jié)論

根據(jù)目前應(yīng)變測試精度和有限元分析方法的局限性，有限元分析和應(yīng)變測試的結(jié)果偏差應(yīng)控制在15%以內(nèi)，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計證明是可接受的。

通過對前傾和側(cè)傾工況熱電區(qū)域測試點(diǎn)的應(yīng)變測試以及和有限元分析結(jié)果的對比，所有測試點(diǎn)的結(jié)果偏差均符合要求，驗證了有限元分析模型的邊界條件設(shè)置和計算算法的選擇是行之有效的，計算出的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布能真實(shí)反映出高空作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)實(shí)際的應(yīng)力狀態(tài)。