基于应力测试的结构损伤评价技术探讨

时间：2022-04-22 23:47:20

关键字：应力应变结构损伤检测起重机

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[导读]摘要:应力应变测试技术是起重机结构静、动强度校核的常用检测方法,用于结构应力水平和强度储备核算。而用于结构损伤检测的应力应变测试技术的研究和应用较少,缺乏可行的技术标准、操作方法和损伤评价指标。现以一台75t桥式双梁起重机结构应力应变损伤检测为例,探讨了结构损伤应力应变检测操作的一般方法和损伤评价指标,为应力应变测试技术在结构损伤检测中的应用提供参考。

1概述

服役起重机械设备的结构、零部件状态、使用寿命及性能与企业安全生产和经济效益密切相关,因此开展服役设备,尤其服役超过15年以上的设备结构状态、能力评估非常重要。应力应变测试技术是评价起重设备金属结构状态的重要手段,通过测试起重设备金属结构在载荷作用下的受力和工作状态,确定应力、应变、位移和加速度等力学参数,用以解决起重设备金属结构件的强度和刚度问题。应力应变测试原理为测试结构在外力作用下,内部会由于外力作用产生应力或者应力分布的变化,一般采用测定结构在外力作用下产生的应变s,根据胡克定律a=Es的关系求出应力。

目前,应力应变测试技术在起重机结构安全评估过程中的主要作用有:(1）金属结构应力水平和强度储备:(2）校核设计和改进设计:(3）为金属结构故障修复提供依据等。在金属结构损伤检测方面的研究和应用较少,仅有交通部港口机械质量检验测试中心的孙昌之在《起重机金属结构应力测试的作用》一文中提到:通过应力测试,根据应力值异常发现故障是一种行之有效的方法,并简述了通过应力异常发现裂纹的应用,并没有关于故障诊断的一般技术操作方法和依据标准。由此可见,应力应变技术在结构损伤检测方面的研究和应用主要存在以下两个问题:(1）缺少应力应变技术结构损伤检测的一般技术操作方法:(2）缺少结构损伤检测判定和评价指标。

基于上述两个问题,本文以一台使用了30年的75t桥式双梁起重机主梁结构应力应变损伤检测为例,探讨应力应变技术结构损伤检测的一般技术操作方法和结构损伤的判定、评价指标。

2实验验证

2.1样机测试说明

被测试起重机的基本资料如表1所示。

应力测试数据采集设备:TMR-211型多通道数据采集系统。

应力测试传感器:FLA-5-11型电阻应变片。

测试参数设置:采样频率100Hz,滤波器低通截止频率设置30Hz。

应力测试选点原则:主要依据桥式起重机一般受力较大和受力较为复杂的位置进行测试,本次应力应变测试选点位置如图1所示,靠近司机室一侧梁为I梁,另一侧梁为Ⅱ梁。

测试样机如图2所示,测点布置现场如图3所示。

测试工况:跨中吊载额定载荷一小车运行至跨端一小车运行至另一跨端一再次回到跨中一落下试验载荷(起升和下降过程均有制动动作）。

22应力异常信号分析

通过对各测点数据进行分析,发现在I梁3号测点应力测试数据存在应力突变异常,突变位置的异常应力比正常地方大20MPa以上。由此可以推测该位置存在结构损伤,建议进行常规无损检测技术确认。异常信号图如图4所示。

通过对该位置进行超声波检测和磁粉检测,并对该箱型主梁进行开孔内部检查,发现的结构损伤有:(1）轨道两侧主梁面板存在较多"鱼尾纹"式的表面裂纹;(2）面板材料存在分层损伤;(3）箱型主梁内部隔板为点焊,连接不紧密。结构损伤具体如图5、图6所示。

图5面板表面裂纹

图6超声检测面板分层损伤

23制动动作产生的冲击信号分析

修复前:主梁结构内部隔板与腹板、面板均采用点焊连接,且有的点焊已失效,如图7所示。

修复后:根据起重机制造要求,对主梁内部隔板与腹板、面板,采用连续焊缝进行修复,修复后的结果如图8所示。

通过对修复前、后1梁1号跨中测点两次上升制动动作产生的动态冲击应力测试数据对比分析可知:(1）第一次应力测试信号的上升制动动作产生的冲击信号具有冲击信号幅值较小,冲击系数较小,持续时间较长等特点;(2）修复后的第二次应力测试上升制动动作产生的冲击信号,相比第一次具有冲击幅值较大,冲击系数较大,持续时间短,较为符合弹性结构制动产生的冲击信号特征。