应变电测法应用案例——高强度螺栓应力测试

某公司有一台门座起重机，该设备已投入使用很多年。在支腿上端与大圆环连接的法兰盘上，已出现多例高强度螺栓断裂的情况。为了确定螺栓断裂部位的实际受载情况，分析断裂原因，决定采用应变电测法来测试该处位置的实际应力。

此处螺栓性能等级为8.8级，螺栓公称直径M30，螺栓长度120mm，材料45钢。应力集中出现在螺杆头部与螺纹根部界面突变处，断裂面也在这两处位置。为了测试应力集中处的应力情况，将测力螺栓加工成如下形状，并在C和D点布置应变片。

因应变片所得数据为平均值，不可能得到布片点上的真值。因此，测试应力集中应选用微型应变片，这样数据才接近真值。但同时，还应考虑使用的方便，故在测试过程中，选用单轴应变片，并用JH-496应变胶进行粘贴，用防护胶作防护层。仪器采用聚航科技的JHYC静态应变仪，仪器模块化设计，软件式操作，数据实时保存，可自动生成报表，精度高，测量结果准确。

使用直径0.15mm的单芯线作为引线穿过螺栓头部的引出孔，然后与导线连接。一片应变片紧贴螺栓头部，另一片贴近螺纹根部。测量桥采用半桥连接法，分别测试螺栓头部圆弧过渡处和螺纹根部应力集中部位的应变。测试过程中，用测力螺栓替代工作螺栓。测试结束后，将测力螺栓取出，再装上新的工作螺栓，实际测量结果表明，无论是在静载还是动载工况下测试信号良好。

从测试结果可以看出，测力螺栓螺纹根部的实际承载应力最大值为214MPa，已接近许用承载应力值245MPa，说明该种高强度螺栓在载荷作用下的强度储备已很少，考虑到螺栓是在交变应力下工作，螺栓的持久极限更小，故发生螺栓断裂是必然的。

应说明的是，为了贴片需要，将测力螺栓的栓杆上、下表面加工成平面，加剧了原有的应力集中，使测试值大于实际值。然而，从工程学的角度来看，这一结果是偏于安全的，故满足工程要求。

还有一点不可忽视的是，测力螺栓颈部以压应力为主，表明螺栓是受拉-弯组合变形，而非单纯的拉伸变形，且以弯曲为主。这说明螺栓的受力比原设计计算假定的工况更复杂、更恶劣，应予重视。

实例表明使用应变电测法对高强度螺栓的工作应力进行测试是可行的，且测试结果既可靠又符合工程应用要求。该方法的应用，便于对金属结构的螺栓连接进行失效分析，也可用于螺栓应力的实时监测。