某工廠研發(fā)了一款新型的升降機，由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)力計算并無適用理論，又不能對樣品進行破壞性實驗。經(jīng)過聚航技術(shù)人員的研究討論后，決定利用應(yīng)變法測定殼體表面點的應(yīng)力分布情況，以便進一步對殼體進行優(yōu)化設(shè)計。

殼體實際情況及受理分析

產(chǎn)品的外殼用鋁合金沖壓而成，內(nèi)殼體和外殼體通過螺栓連接在一起，中間凸起圓柱部分懸掛鋼絲繩圈，靠吊環(huán)懸掛。重物通過掛鉤吊起，其重力通過齒輪轉(zhuǎn)動傳遞到控制手柄上，升降由控制手柄控制。

殼體的受力點比較多，屬于靜不定結(jié)構(gòu)，載荷作用在豎直方向，而且又不處于同一平面，理論分析比較困難，根據(jù)受力方向，大約估計危險點的位置應(yīng)處于縱向或橫向中心線上。下圖是殼體形狀及測點位置。

應(yīng)變片粘貼及連接

由于構(gòu)件表面各點均為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，所以應(yīng)選擇應(yīng)變花作為傳感元件，本試驗選用的是直角應(yīng)變花。先將待貼點處用粗砂紙打磨、再用細砂紙沿±45°方向打磨，畫好線，用丙酮清洗干凈即可開始貼片。按0°、45°、90°方向貼片，貼片時要把握好手法，不能留氣泡等。貼好片后應(yīng)檢驗貼片是否合格，然后將引出線與導(dǎo)線焊接在一起。

應(yīng)變花粘貼好后，通過導(dǎo)線與JH應(yīng)變儀連接，測量電橋采用半橋接法公共溫度補償，即測量電橋采用的是惠斯頓四臂電橋，四個橋臂的接點分別用A、B、C、D表示，AB之間接測量片，BC之間接溫度補償片，CD和DA之間接應(yīng)變儀內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)電阻，這樣，從應(yīng)變儀的相應(yīng)點讀取的數(shù)值直接反應(yīng)的是待測點待測方向的應(yīng)變值，即ε測=ε真比較直觀，便于計算。

應(yīng)變測試過程

模擬實際工作自救儀的受力情況，將其懸掛，下邊掛環(huán)與傳感器連接，通過手輪加載。測量時，不斷改變掛環(huán)受力的位置，以改變殼體上各點的受力情況，每次加載按500N、1000N、1500N依次遞增，重復(fù)多次測得多組數(shù)據(jù)，計算各點主應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)隨著載荷的增大，主應(yīng)力按規(guī)律變化，前后數(shù)據(jù)吻合，分析后發(fā)現(xiàn)：F點和O點主應(yīng)力大，其次是B、E、H、J、K。

通過*輪的測試，發(fā)現(xiàn)主應(yīng)力較大的點，為了驗證*輪試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及進一步探索應(yīng)力分布狀況，在主應(yīng)力較大點及附近另外選擇一些點重貼應(yīng)變花。具體布點是：在緊挨著B點靠下一些取B`點、A點的上方取A`點、G點的左側(cè)取G`點，C點的右側(cè)C`點，其他點基本原位置重新進行貼片，進一步測量其主應(yīng)力分布狀況。

對于重貼的點，加載到1500N時，規(guī)律基本與*次貼片的一致，其主應(yīng)力變化不大，而且，大主應(yīng)力點還是在F、O位置。加載時，同樣采用△P=500N，取500N、1000N、1500N、2000N、進行記錄，當(dāng)載荷在1000N以前時數(shù)據(jù)比較小，沒有分析的價值，本殼體的大承載能力要求達到2000N，因此取各點在載荷為1500N及2000N時各中受力狀況下的大主應(yīng)力及應(yīng)變。

從計算結(jié)果可以看出，當(dāng)加載到1500N和2000N時，大主應(yīng)力都位于O點位置，小主應(yīng)力都為與F點位置，當(dāng)P=2000N時，O點σ₁=9.899MPa，F(xiàn)點σ₃=-11.199MPa，而其它各點的數(shù)值與*次測得的接近而且還是均小于這兩點的數(shù)值。

結(jié)論

由試驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的比較可知，殼體是安全的。同時，對自救儀的螺栓連接、掛環(huán)、吊帶等進行了一系列的力學(xué)測試，承載能力都可達到500KG以上，基本符合要求。

對殼體的優(yōu)化建議如下：

1. 因為利用第三強度理論來校核殼體本身就偏于安全，且數(shù)據(jù)相差又較大，所以，殼體的具體厚度及尺寸還有較大的改進空間；

2. 殼體上邊的孔洞是為散熱設(shè)計的，就該自救儀而言，因為工作時下降速度比較慢，可不必考慮散熱，且孔洞的存在會產(chǎn)生應(yīng)力集中，直接影響強度。

3. 鋁合金外殼中心部分內(nèi)壓成圓環(huán)以懸掛鋼絲繩，整個重量大部分作用于此，強度要求比較高，改進時應(yīng)重點考慮。