某臺(tái)十噸港口門座式起重機(jī)已經(jīng)使用了20年，近幾年，起重臂轉(zhuǎn)臺(tái)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(qiáng)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(jī)工作過(guò)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(shí)了這一點(diǎn)。
采用應(yīng)變電測(cè)法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試該螺栓兩個(gè)應(yīng)力集中處的應(yīng)力峰值，現(xiàn)在有二個(gè)技術(shù)難點(diǎn)；一是由于螺栓與螺孔之間間隙很小，無(wú)法直接貼片；二是導(dǎo)線引出困難。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了相同材料的專用測(cè)試螺栓，取代原有的螺栓進(jìn)行測(cè)試。具體的做法是：在螺栓光桿部分對(duì)稱切削兩個(gè)小平臺(tái)，以便貼片；再是在螺栓頭相應(yīng)部位鉆兩個(gè)小通孔，可將導(dǎo)線引出，與測(cè)試儀器連接。
為了較精確地測(cè)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(cè)試的可靠性。測(cè)點(diǎn)編號(hào)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(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，兩個(gè)儀器都是全軟件操作，可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和曲線。
由于是舊設(shè)備，為安全起見(jiàn)，測(cè)試過(guò)程中，其起吊重量略低于10t，用重9.8t的裝載機(jī)代替。螺栓測(cè)試與整機(jī)測(cè)試同時(shí)進(jìn)行，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)得到各種工況下的靜載數(shù)據(jù)和動(dòng)載曲線。數(shù)據(jù)表格從略，部分動(dòng)態(tài)記錄曲線見(jiàn)圖1、圖2。
將測(cè)得的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值時(shí)，取彈性模量E=210GPa，其測(cè)試結(jié)果如下：
靜態(tài)各工況中，測(cè)點(diǎn)6的（σmax）=158.3MPa，測(cè)點(diǎn)7（σmax）=-88.2MPa
動(dòng)態(tài)各工況中，測(cè)點(diǎn)6的（σmax）=214.0MPa，測(cè)點(diǎn)7的（σmax）=-120.0MPa。
可以看出，螺栓頭根部的工作應(yīng)力值遠(yuǎn)大于螺紋根部的應(yīng)力值，且為拉應(yīng)力，這與實(shí)際破壞中前者大于后者的情況相符。
測(cè)試結(jié)果分析
螺栓材料為45鋼強(qiáng)化處理，其屈服強(qiáng)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。現(xiàn)螺栓的最大動(dòng)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(dāng)然的。
用應(yīng)變片測(cè)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(gè)小平臺(tái)并鉆二個(gè)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(cè)試值接近真值，數(shù)據(jù)可信。
