在進行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度設(shè)計時，由于結(jié)構(gòu)形狀和實際載荷條件的復(fù)雜性，采用常規(guī)的力學(xué)理論很難進行準(zhǔn)確合理的計算分析。近年來，有限元分析技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計工作中得到了廣泛的應(yīng)用，但其成本很高，又不能完全滿足要求。因為假設(shè)的簡化條件與實際情況有出入，特別是對鑄造件，其內(nèi)部不可避免存在氣孔、縮松等缺陷，材料的連續(xù)性遭到破壞，應(yīng)力分布與理想狀態(tài)相差甚遠(yuǎn)，如仍用有限元分析計算會產(chǎn)生較大的誤差；因此，用實驗方法驗證設(shè)計計算結(jié)果非常必要。

應(yīng)變電測技術(shù)是一種較好的實驗驗證方法，它利用金屬材料在受力時產(chǎn)生彈性變形的特性，采用電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將產(chǎn)品表面應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的相對變化，然后用應(yīng)變測量儀將電阻再轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化，經(jīng)放大、檢波、測量、記錄，最后將應(yīng)變換算為直觀的應(yīng)力。

應(yīng)變電測技術(shù)典型應(yīng)用

案例一

組合承力索座是某公司研制的新產(chǎn)品，材質(zhì)為ZG270-500。由于它的結(jié)構(gòu)、受力狀態(tài)復(fù)雜，同時鑄造工藝易形成內(nèi)部缺陷，很難進行有限元分析，采用應(yīng)變電測技術(shù)進行設(shè)計驗證的情況簡要如下：

首先根據(jù)經(jīng)驗在組合承力索座危險斷面上選取測點，并在受力方向明確的測點上，粘貼應(yīng)變片；對受力方向不明確的測點，粘貼應(yīng)變花。共布置了8枚應(yīng)變花和4枚應(yīng)變片。

然后模擬產(chǎn)品的實際工況進行安裝和施加載荷，測量不同狀態(tài)下各點的應(yīng)變大小，最后進行計算，將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為應(yīng)力。

應(yīng)力應(yīng)變測試結(jié)果表明，蓋板上危險部位的實際應(yīng)力值超過了允許應(yīng)力。設(shè)計人員根據(jù)測試數(shù)據(jù)重新設(shè)計，加大了相關(guān)部位尺寸厚度，同時加大圓弧過渡外半徑，避免應(yīng)力集中。重新進行應(yīng)力應(yīng)變測試，結(jié)果合格。從而大大縮短了組合承力索座研制周期，確保了使用安全。

案例二

某公司使用的銅合金套管鉸環(huán)發(fā)生質(zhì)量事故后，全線三萬多套需要全部更換，可供選擇的替代產(chǎn)品有鍛鋼96式和鍛鋼92式。這兩種型式進行有限元分析都合格，并有自己的優(yōu)勢。到底選用哪一個是個有爭議的問題。

為了用數(shù)據(jù)驗證，對這兩種產(chǎn)品分別進行了應(yīng)力應(yīng)變測試。根據(jù)銅質(zhì)實際斷裂部位及有限元分析計算結(jié)果，應(yīng)力危險部位在抱箍與連接平板過渡處。為此，在兩種抱箍上布置了9枚應(yīng)變花，另外在每個U型螺栓上也布置了5枚應(yīng)變片。測試結(jié)果表明，96式產(chǎn)品各別危險部位的應(yīng)力值接近允許應(yīng)力值，與有限元分析結(jié)果相差較大；92式產(chǎn)品的安全裕度更大，應(yīng)力值普遍比96式產(chǎn)品的小，與有限元分析結(jié)果相近，從而科學(xué)決策提供了技術(shù)依據(jù)。

案例三

定位夾環(huán)是某城市地鐵第一次使用的一種新產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)小巧輕便，由于壁厚只有3mm，看起來很薄，業(yè)主有些擔(dān)心質(zhì)量問題。后通過應(yīng)力測試技術(shù)的驗證，結(jié)果合格。

應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

測試部位的選擇

測試的主要目的是檢驗產(chǎn)品的最薄弱部位是否合格，若測試部位選擇不當(dāng)，有可能得出錯誤的結(jié)論。一般是利用有限元分析結(jié)果并結(jié)合實際經(jīng)驗進行選擇。

粘貼應(yīng)變片

應(yīng)變片粘貼水平的高低直接決定整個測試的成敗。產(chǎn)品表面打磨的不夠平、清洗不干凈、粘劑太多或太少、壓緊力不均勻、壓緊時間不夠等，都可能造成應(yīng)變片與產(chǎn)品粘貼不好而在測試過程中開脫，導(dǎo)致失敗，必須特別注意。

常量E、μ值的選用

常量E、μ值一般設(shè)計手冊中都可以查到，作為一般測試，可以直接利用。但材料經(jīng)過各種工藝加工后，性能有時會有較大的變化。因此，在進行準(zhǔn)確地測試時，建議首先測量出產(chǎn)品的實際E、μ值。

結(jié)論

應(yīng)變電測技術(shù)具有測量精度高、靈敏度高、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、測量技術(shù)簡單、測量范圍大等優(yōu)點，用于產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計方面具有很大的優(yōu)勢。

使用應(yīng)變電測技術(shù)，對產(chǎn)品設(shè)計情況進行實驗驗證，可以確保產(chǎn)品設(shè)計更加合理、科學(xué)，避免大批量生產(chǎn)后造成的質(zhì)量隱患。同時可以提高新產(chǎn)品開發(fā)進度。