高空作业平台应力应变测试分析研究

高空作业平台是一种用于将作业人员和工具举升到指定高度并进行高空作业的一种特殊设备。通常，在完成高空作业平台的结构分析后，有必要验证样机在实际工况下的结构应力是否符合设计预期。当从应变测试收集的数据十分符合有限元分析的预期结果，工程师对理论模型的信心会更高，这将减少设计耗时和昂贵的原型机。

应变测试是利用应变片测量构件表面应力状态的一种试验分析方法，借助应变片测量结构构件在不同工况下的表面应变以及随时间的动态应变变化和应力峰值，为结构设计安全评估提供了可靠数据支持，并进一步验证结构有限元分析结果的准确性。

测试点的确定

通常应变片会粘贴在工程师感兴趣的高应力区域，以验证结构分析结果的准确性，但应变片的粘贴位置总是受到多种因素的影响：①不利于应变片粘贴和测量的几何形状受限区域，如结构中的圆弧、尖角、焊缝和孔等；②在运动机构的行程范围内可能会造成应变片损坏的位置；③可能会导致较大测量误差的应力梯度大且范围小的高应力区域。

在应变测试中获得精确的数据比记录最大和最小预期值更为重要。在确定测试点的位置时，普遍的做法是将应变片布置在最大应力点附近，且应力变化比较平缓的区域，以此来推测临近区域应力分布的有效性，并减小因位置偏差导致的人为误差。

根据高空作业平台结构有限元分析应力云图，选取前倾工况的测试点1、2和侧倾工况的测试点3、4开展应变测试。

应变片的粘贴

应变片的粘贴质量决定了应变测试的测量精度，因此选取恰当的应用技术和辅助材料至关重要。

试件表面处理

试件表面达到化学上的清洁状态并获得与粘接要求相适应的表面粗糙度，以及提供能见的定位线以便精确定位，这是应变片得以牢固粘接在试件表面的必要保证。

应变片的粘贴

在高空作业平台测试工况中，因无法确定测试点的主应力方向，应变片选用一款以金属箔为基体的三向应变花。在粘贴应变片时，应检查应变片是否有折痕，断丝等缺陷。粘贴全过程应在尽可能短的时间内完成，并避免任何形式的污染物。

应变片的保护

因机械损伤、腐蚀和氧化效应的影响，应变片栅格、基底尺寸和粘结层的变化都有可能导致电阻值的永久性增加。因此，在完成黏贴后必须提供对应变片的保护，通常会在应变片表面涂敷风干式聚氨酯涂料，在其凝固后再在其表面涂一层蜡。

应变测试的数据处理和结果对比

应变测试的工况要确定和结构分析工况相一致，才能更真实的体现结构真实的应力状况。可由平面应力状态的广义胡克定律，将测试点在一个完成的工作循环下的应变转化为最大主应力的动态变化曲线。

各测试点的最大主应力曲线如图。

其中：

AB段-平台举升至最大工作高度的过程；

BC段-底盘倾角至分析工况相同的过程；

CD段-施加风载荷和手动力合力的过程；

DE段-施加等效合力后机器的稳定阶段；

EF段-释放平台水平作用力的过程；

FG段-释放水平作用力后的稳定阶段；

GH段-平台下降到收藏初始状态的过程。

观察这四个测试点的最大主应力变化曲线，可以发现同一工况下临近的两个测试点的应力曲线相似。这也从一定程度上验证了整个应变测试过程符合预期。

结合高空作业水平的实际工况和测试点的受力情况分析，应变仪记录的是栅格由压缩状态到拉伸状态时电阻值的变化，所以应力曲线表示的是测试点在工作循环内的最大主应力变化范围。同样的，还需要计算出测试点在有限元分析中的应力变化范围。有限元分析结果和应变测试数据表1。

结论

根据目前应变测试精度和有限元分析方法的局限性，有限元分析和应变测试的结果偏差应控制在15%以内，这样的结构设计证明是可接受的。

通过对前倾和侧倾工况热电区域测试点的应变测试以及和有限元分析结果的对比，所有测试点的结果偏差均符合要求，验证了有限元分析模型的边界条件设置和计算算法的选择是行之有效的，计算出的结构应力分布能真实反映出高空作业平台结构实际的应力状态。