應變電測技術在產品結構強度設計中的應用

在進行產品結構強度設計時，由于結構形狀和實際載荷條件的復雜性，采用常規的力學理論很難進行準確合理的計算分析。近年來，有限元分析技術在產品設計工作中得到了廣泛的應用，但其成本很高，又不能滿足要求。因為假設的簡化條件與實際情況有出入，特別是對鑄造件，其內部不可避免存在氣孔、縮松等缺陷，材料的連續性遭到破壞，應力分布與理想狀態相差甚遠，如仍用有限元分析計算會產生較大的誤差；因此，用實驗方法驗證設計計算結果非常必要。

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

應變電測技術典型應用

案例一

組合承力索座是某公司研制的新產品，材質為ZG270-500。由于它的結構、受力狀態復雜，同時鑄造工藝易形成內部缺陷，很難進行有限元分析，采用應變電測技術進行設計驗證的情況簡要如下：

首先根據經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，粘貼應變片；對受力方向不明確的測點，粘貼應變花。共布置了8枚應變花和4枚應變片。

然后模擬產品的實際工況進行安裝和施加載荷，測量不同狀態下各點的應變大小，最后進行計算，將應變轉換為應力。

應力應變測試結果表明，蓋板上危險部位的實際應力值超過了允許應力。設計人員根據測試數據重新設計，加大了相關部位尺寸厚度，同時加大圓弧過渡外半徑，避免應力集中。重新進行應力應變測試，結果合格。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發生質量事故后，全線三萬多套需要全部更換，可供選擇的替代產品有鍛鋼96式和鍛鋼9。。2式。這兩種型式進行有限元分析都合格，并有自己的優勢。到底選用哪一個是個有爭議的問題。

為了用數據驗證，對這兩種產品分別進行了應力應變測試。根據銅質實際斷裂部位及有限元分析計算結果，應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枚應變花，另外在每個U型螺栓上也布置了5枚應變片。測試結果表明，96式產品各別危險部位的應力值接近允許應力值，與有限元分析結果相差較大；9。。2式產品的安全裕度更大，應力值普遍比96式產品的小，與有限元分析結果相近，從而科學決策提供了技術依據。

案例三

定位夾環是某城市地鐵使用的一種新產品，其結構小巧輕便，由于壁厚只有3mm，看起來很薄，業主有些擔心質量問題。后通過應力測試技術的驗證，結果合格。

應用中應注意的問題

測試部位的選擇

測試的主要目的是檢驗產品的*薄弱部位是否合格，若測試部位選擇不當，有可能得出錯誤的結論。一般是利用有限元分析結果并結合實際經驗進行選擇。

粘貼應變片

應變片粘貼水平的高低直接決定整個測試的成敗。產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，都可能造成應變片與產品粘貼不好而在測試過程中開脫，導致失敗，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，在進行準確地測試時，建議首先測量出產品的實際E、μ值。

結論

應變電測技術具有測量精度高、靈敏度高、數據穩定、測量技術簡單、測量范圍大等優點，用于產品開發設計方面具有很大的優勢。

使用應變電測技術，對產品設計情況進行實驗驗證，可以確保產品設計更加合理、科學，避免大批量生產后造成的質量隱患。同時可以提高產品開發進度。