船用起重機(jī)是海上環(huán)境中執(zhí)行運(yùn)輸作業(yè)的一種特殊起重機(jī)，主要用于艦船間貨物的運(yùn)輸轉(zhuǎn)移、海上補(bǔ)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(jī)在交付前需要進(jìn)行載荷應(yīng)力測(cè)試，主要是檢測(cè)船用起重機(jī)關(guān)鍵部位在不同工況下的載荷應(yīng)力大小，驗(yàn)證是否滿足工作強(qiáng)度要求，并根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)。某生產(chǎn)企業(yè)找到南京聚航科技有限公司，委托我們進(jìn)行這項(xiàng)載荷應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)。

試驗(yàn)儀器

儀器采用聚航科技的JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，儀器多通道設(shè)計(jì)，可同時(shí)多臺(tái)儀器并聯(lián)使用，可達(dá)數(shù)百通道，所有通道同步采樣。全中文軟件操作，測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)及曲線實(shí)時(shí)保存。

應(yīng)力測(cè)試方案

船用起重機(jī)主要由基座、塔身、吊臂和控制系統(tǒng)構(gòu)成，測(cè)量部位均為鋼材。測(cè)點(diǎn)選擇主要為了考察幾個(gè)關(guān)鍵部位的強(qiáng)度，因受力方向未知，采用三軸應(yīng)變花。其中塔身頂部10個(gè)測(cè)點(diǎn)，框架1個(gè)測(cè)點(diǎn)，吊臂本體2個(gè)測(cè)點(diǎn)，卷揚(yáng)機(jī)加固構(gòu)件1個(gè)測(cè)點(diǎn)。

測(cè)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(gè)工作模式準(zhǔn)備好后，應(yīng)變儀器進(jìn)行調(diào)零并開始測(cè)量采集。駕駛員按照操作方式進(jìn)行操作直到操作流程結(jié)束后，儀器測(cè)量停止采集。每個(gè)工作模式重復(fù)3次，記錄3次測(cè)試的*大最小應(yīng)力值和平均值。

應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

測(cè)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(gè)測(cè)點(diǎn)在載荷模式2測(cè)試時(shí)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€(gè)測(cè)點(diǎn)在整個(gè)測(cè)試過程中的*大應(yīng)力值、最小應(yīng)力值的3次重復(fù)的平均值來驗(yàn)證船用起重機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力詳細(xì)數(shù)據(jù)見下表。

注：以上σ1 為*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(cè)量的各測(cè)點(diǎn)在4種測(cè)試項(xiàng)目下，7#點(diǎn)在45噸旋回狀態(tài)下的拉應(yīng)力*大為244.1MPa，超過材料屈服強(qiáng)度的2/3。9#點(diǎn)在45噸旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力*大-513.8MPa，存在應(yīng)力集中問題。

針對(duì)上述問題，后續(xù)對(duì)起重機(jī)應(yīng)力集中部位進(jìn)行了加強(qiáng)，并在原9#測(cè)點(diǎn)附近選取2個(gè)測(cè)點(diǎn)再次進(jìn)行測(cè)試，1#距離焊縫5mm，2#距離焊縫40mm，測(cè)試結(jié)果如下：

根據(jù)結(jié)果可以看出，進(jìn)行加強(qiáng)后，應(yīng)力集中問題已大幅改善，1#點(diǎn)在45 t旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力*大為-395.7MPa，*大應(yīng)力下降23%。2#點(diǎn)在45 t旋回狀態(tài)下的壓應(yīng)力*大-307.1MPa，*大應(yīng)力下降40%，其中靠近焊縫位置應(yīng)力較為集中。