某臺十噸港口門座式起重機已經(jīng)使用了20年，近幾年，起重臂轉(zhuǎn)臺連接螺栓經(jīng)常發(fā)生斷裂現(xiàn)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(yīng)力分析結(jié)果可知，在起重機工作過程中，螺栓反復(fù)受到拉-彎作用，斷裂是因應(yīng)力集中處的交變應(yīng)力產(chǎn)生的疲勞破壞。其斷口外觀特征也證實了這一點。
采用應(yīng)變電測法現(xiàn)場測試該螺栓兩個應(yīng)力集中處的應(yīng)力峰值，現(xiàn)在有二個技術(shù)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(dǎo)線引出困難。為此，我們設(shè)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(yīng)部位鉆兩個小通孔，可將導(dǎo)線引出，與測試儀器連接。
為了較精確地測量應(yīng)力集中處的應(yīng)力峰值，采用1*1微型應(yīng)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(chǎn)的jhyc靜態(tài)應(yīng)變儀和jhdy動態(tài)應(yīng)變儀，兩個儀器都是全軟件操作，可實時顯示數(shù)據(jù)和曲線。
由于是舊設(shè)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(xiàn)場實時得到各種工況下的靜載數(shù)據(jù)和動載曲線。數(shù)據(jù)表格從略，部分動態(tài)記錄曲線見圖1、圖2。
將測得的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值時，取彈性模量e=210gpa，其測試結(jié)果如下：
靜態(tài)各工況中，測點6的（σmax）=158.3mpa，測點7（σmax）=-88.2mpa
動態(tài)各工況中，測點6的（σmax）=214.0mpa，測點7的（σmax）=-120.0mpa。
可以看出，螺栓頭根部的工作應(yīng)力值遠大于螺紋根部的應(yīng)力值，且為拉應(yīng)力，這與實際破壞中前者大于后者的情況相符。
測試結(jié)果分析
螺栓材料為45鋼強化處理，其屈服強度σ0.2=660mpa；若安全系數(shù)取n=1.5，其許用應(yīng)力[σ]=660/1.5=440mpa?，F(xiàn)螺栓的*大動應(yīng)力值為214.0mpa，已為許用應(yīng)力的近一半；再考慮到螺栓是在交變應(yīng)力下工作，其持久極限更小，易產(chǎn)生疲勞破壞，故頻繁出現(xiàn)螺栓斷裂是理所當然的。
用應(yīng)變片測試應(yīng)力集中處的應(yīng)力峰值，存在“削峰”現(xiàn)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(yīng)力集中因素疊加，增大了應(yīng)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(shù)據(jù)可信。