高空作業(yè)平臺應力應變測試分析研究

高空作業(yè)平臺是一種用于將作業(yè)人員和工具舉升到指定高度并進行高空作業(yè)的一種特殊設備。通常，在完成高空作業(yè)平臺的結構分析后，有必要驗證樣機在實際工況下的結構應力是否符合設計預期。當從應變測試收集的數(shù)據(jù)十分符合有限元分析的預期結果，工程師對理論模型的信心會更高，這將減少設計耗時和昂貴的原型機。

應變測試是利用應變片測量構件表面應力狀態(tài)的一種試驗分析方法，借助應變片測量結構構件在不同工況下的表面應變以及隨時間的動態(tài)應變變化和應力峰值，為結構設計安全評估提供了可靠數(shù)據(jù)支持，并進一步驗證結構有限元分析結果的準確性。

測試點的確定

通常應變片會粘貼在工程師感興趣的高應力區(qū)域，以驗證結構分析結果的準確性，但應變片的粘貼位置總是受到多種因素的影響：①不利于應變片粘貼和測量的幾何形狀受限區(qū)域，如結構中的圓弧、尖角、焊縫和孔等；②在運動機構的行程范圍內可能會造成應變片損壞的位置；③可能會導致較大測量誤差的應力梯度大且范圍小的高應力區(qū)域。

在應變測試中獲得精確的數(shù)據(jù)比記錄最大和最小預期值更為重要。在確定測試點的位置時，普遍的做法是將應變片布置在最大應力點附近，且應力變化比較平緩的區(qū)域，以此來推測臨近區(qū)域應力分布的有效性，并減小因位置偏差導致的人為誤差。

根據(jù)高空作業(yè)平臺結構有限元分析應力云圖，選取前傾工況的測試點1、2和側傾工況的測試點3、4開展應變測試。

應變片的粘貼

應變片的粘貼質量決定了應變測試的測量精度，因此選取恰當?shù)膽眉夹g和輔助材料至關重要。

試件表面處理

試件表面達到化學上的清潔狀態(tài)并獲得與粘接要求相適應的表面粗糙度，以及提供能見的定位線以便精確定位，這是應變片得以牢固粘接在試件表面的必要保證。

應變片的粘貼

在高空作業(yè)平臺測試工況中，因無法確定測試點的主應力方向，應變片選用一款以金屬箔為基體的三向應變花。在粘貼應變片時，應檢查應變片是否有折痕，斷絲等缺陷。粘貼全過程應在盡可能短的時間內完成，并避免任何形式的污染物。

應變片的保護

因機械損傷、腐蝕和氧化效應的影響，應變片柵格、基底尺寸和粘結層的變化都有可能導致電阻值的永久性增加。因此，在完成黏貼后必須提供對應變片的保護，通常會在應變片表面涂敷風干式聚氨酯涂料，在其凝固后再在其表面涂一層蠟。

應變測試的數(shù)據(jù)處理和結果對比

應變測試的工況要確定和結構分析工況相一致，才能更真實的體現(xiàn)結構真實的應力狀況?？捎善矫鎽顟B(tài)的廣義胡克定律，將測試點在一個完成的工作循環(huán)下的應變轉化為最大主應力的動態(tài)變化曲線。

各測試點的最大主應力曲線如圖。

其中：

AB段-平臺舉升至最大工作高度的過程；

BC段-底盤傾角至分析工況相同的過程；

CD段-施加風載荷和手動力合力的過程；

DE段-施加等效合力后機器的穩(wěn)定階段；

EF段-釋放平臺水平作用力的過程；

FG段-釋放水平作用力后的穩(wěn)定階段；

GH段-平臺下降到收藏初始狀態(tài)的過程。

觀察這四個測試點的最大主應力變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)同一工況下臨近的兩個測試點的應力曲線相似。這也從一定程度上驗證了整個應變測試過程符合預期。

結合高空作業(yè)水平的實際工況和測試點的受力情況分析，應變儀記錄的是柵格由壓縮狀態(tài)到拉伸狀態(tài)時電阻值的變化，所以應力曲線表示的是測試點在工作循環(huán)內的最大主應力變化范圍。同樣的，還需要計算出測試點在有限元分析中的應力變化范圍。有限元分析結果和應變測試數(shù)據(jù)表1。

結論

根據(jù)目前應變測試精度和有限元分析方法的局限性，有限元分析和應變測試的結果偏差應控制在15%以內，這樣的結構設計證明是可接受的。

通過對前傾和側傾工況熱電區(qū)域測試點的應變測試以及和有限元分析結果的對比，所有測試點的結果偏差均符合要求，驗證了有限元分析模型的邊界條件設置和計算算法的選擇是行之有效的，計算出的結構應力分布能真實反映出高空作業(yè)平臺結構實際的應力狀態(tài)。