基于應力測試的結構損傷評價技術探討

時間：2022-04-22 23:47:20

關鍵字：應力應變結構損傷檢測起重機

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[導讀]摘要:應力應變測試技術是起重機結構靜、動強度校核的常用檢測方法,用于結構應力水平和強度儲備核算。而用于結構損傷檢測的應力應變測試技術的研究和應用較少,缺乏可行的技術標準、操作方法和損傷評價指標?，F(xiàn)以一臺75t橋式雙梁起重機結構應力應變損傷檢測為例,探討了結構損傷應力應變檢測操作的一般方法和損傷評價指標,為應力應變測試技術在結構損傷檢測中的應用提供參考。

1概述

服役起重機械設備的結構、零部件狀態(tài)、使用壽命及性能與企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益密切相關,因此開展服役設備,尤其服役超過15年以上的設備結構狀態(tài)、能力評估非常重要。應力應變測試技術是評價起重設備金屬結構狀態(tài)的重要手段,通過測試起重設備金屬結構在載荷作用下的受力和工作狀態(tài),確定應力、應變、位移和加速度等力學參數(shù),用以解決起重設備金屬結構件的強度和剛度問題。應力應變測試原理為測試結構在外力作用下,內(nèi)部會由于外力作用產(chǎn)生應力或者應力分布的變化,一般采用測定結構在外力作用下產(chǎn)生的應變s,根據(jù)胡克定律a=Es的關系求出應力。

目前,應力應變測試技術在起重機結構安全評估過程中的主要作用有:(1）金屬結構應力水平和強度儲備:(2）校核設計和改進設計:(3）為金屬結構故障修復提供依據(jù)等。在金屬結構損傷檢測方面的研究和應用較少,僅有交通部港口機械質量檢驗測試中心的孫昌之在《起重機金屬結構應力測試的作用》一文中提到:通過應力測試,根據(jù)應力值異常發(fā)現(xiàn)故障是一種行之有效的方法,并簡述了通過應力異常發(fā)現(xiàn)裂紋的應用,并沒有關于故障診斷的一般技術操作方法和依據(jù)標準。由此可見,應力應變技術在結構損傷檢測方面的研究和應用主要存在以下兩個問題:(1）缺少應力應變技術結構損傷檢測的一般技術操作方法:(2）缺少結構損傷檢測判定和評價指標。

基于上述兩個問題,本文以一臺使用了30年的75t橋式雙梁起重機主梁結構應力應變損傷檢測為例,探討應力應變技術結構損傷檢測的一般技術操作方法和結構損傷的判定、評價指標。

2實驗驗證

2.1樣機測試說明

被測試起重機的基本資料如表1所示。

應力測試數(shù)據(jù)采集設備:TMR-211型多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

應力測試傳感器:FLA-5-11型電阻應變片。

測試參數(shù)設置:采樣頻率100Hz,濾波器低通截止頻率設置30Hz。

應力測試選點原則:主要依據(jù)橋式起重機一般受力較大和受力較為復雜的位置進行測試,本次應力應變測試選點位置如圖1所示,靠近司機室一側梁為I梁,另一側梁為Ⅱ梁。

測試樣機如圖2所示,測點布置現(xiàn)場如圖3所示。

測試工況:跨中吊載額定載荷一小車運行至跨端一小車運行至另一跨端一再次回到跨中一落下試驗載荷(起升和下降過程均有制動動作）。

22應力異常信號分析

通過對各測點數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)在I梁3號測點應力測試數(shù)據(jù)存在應力突變異常,突變位置的異常應力比正常地方大20MPa以上。由此可以推測該位置存在結構損傷,建議進行常規(guī)無損檢測技術確認。異常信號圖如圖4所示。

通過對該位置進行超聲波檢測和磁粉檢測,并對該箱型主梁進行開孔內(nèi)部檢查,發(fā)現(xiàn)的結構損傷有:(1）軌道兩側主梁面板存在較多"魚尾紋"式的表面裂紋;(2）面板材料存在分層損傷;(3）箱型主梁內(nèi)部隔板為點焊,連接不緊密。結構損傷具體如圖5、圖6所示。

圖5面板表面裂紋

圖6超聲檢測面板分層損傷

23制動動作產(chǎn)生的沖擊信號分析

修復前:主梁結構內(nèi)部隔板與腹板、面板均采用點焊連接,且有的點焊已失效,如圖7所示。

修復后:根據(jù)起重機制造要求,對主梁內(nèi)部隔板與腹板、面板,采用連續(xù)焊縫進行修復,修復后的結果如圖8所示。

通過對修復前、后1梁1號跨中測點兩次上升制動動作產(chǎn)生的動態(tài)沖擊應力測試數(shù)據(jù)對比分析可知:(1）第一次應力測試信號的上升制動動作產(chǎn)生的沖擊信號具有沖擊信號幅值較小,沖擊系數(shù)較小,持續(xù)時間較長等特點;(2）修復后的第二次應力測試上升制動動作產(chǎn)生的沖擊信號,相比第一次具有沖擊幅值較大,沖擊系數(shù)較大,持續(xù)時間短,較為符合彈性結構制動產(chǎn)生的沖擊信號特征。