应变电测法在高强度螺栓应力分析中的应用

某台十吨港口门座式起重机已经使用了20年，近几年，起重臂转台连接螺栓经常发生断裂现象，有很大的安全隐患。该螺栓为M30高强度螺栓，其断裂面位于螺栓头根部或螺纹根部，且前者破坏程度大于后者。由应力分析结果可知，在起重机工作过程中，螺栓反复受到拉-弯作用，断裂是因应力集中处的交变应力产生的疲劳破坏。其断口外观特征也证实了这一点。

采用应变电测法现场测试该螺栓两个应力集中处的应力峰值，现在有二个技术难点；一是由于螺栓与螺孔之间间隙很小，无法直接贴片；二是导线引出困难。为此，我们设计制作了相同材料的专用测试螺栓，取代原有的螺栓进行测试。具体的做法是：在螺栓光杆部分对称切削两个小平台，以便贴片；再是在螺栓头相应部位钻两个小通孔，可将导线引出，与测试仪器连接。

为了较精确地测量应力集中处的应力峰值，采用1*1微型应变片，并用704封片胶防潮，保证测试的可靠性。测点编号为6和7。仪器采用聚航科技生产的JHYC静态应变仪和JHDY动态应变仪，两个仪器都是全软件操作，可实时显示数据和曲线。

由于是旧设备，为安全起见，测试过程中，其起吊重量略低于10t，用重9.8t的装载机代替。螺栓测试与整机测试同时进行，在现场实时得到各种工况下的静载数据和动载曲线。数据表格从略，部分动态记录曲线见图1、图2。

将测得的应变值转换为应力值时，取弹性模量E=210GPa，其测试结果如下：

静态各工况中，测点6的（σ_max）=158.3MPa，测点7（σ_max）=-88.2MPa

动态各工况中，测点6的（σ_max）=214.0MPa，测点7的（σ_max）=-120.0MPa。

可以看出，螺栓头根部的工作应力值远大于螺纹根部的应力值，且为拉应力，这与实际破坏中前者大于后者的情况相符。

测试结果分析

螺栓材料为45钢强化处理，其屈服强度σ_0.2=660MPa；若安全系数取n=1.5，其许用应力[σ]=660/1.5=440MPa。现螺栓的最大动应力值为214.0MPa，已为许用应力的近一半；再考虑到螺栓是在交变应力下工作，其持久极限更小，易产生疲劳破坏，故频繁出现螺栓断裂是理所当然的。

用应变片测试应力集中处的应力峰值，存在“削峰”现象。而为了贴片及引线，切削出二个小平台并钻二个小孔，造成了应力集中因素叠加，增大了应力集中的程度。但一减一增，抵消了部分影响，使测试值接近真值，数据可信。