GB/T33941.1-2017
土方机械结构件应力测试方法第1部分：通则
Earth-movingmachinery—Structurestresstestmethod—Part1:Generalprinciples
- 中国标准分类号（CCS）P97
- 国际标准分类号（ICS）53.100
- 实施日期2018-02-01
- 文件格式PDF
- 文本页数15页
- 文件大小1.06M
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土方机械结构件应力测试方法第1部分：通则
国家标准 GB/33941.1一2017 土方机械结构件应力测试方法 第1部分:通则 FEarth-movingmachinery一Structurestresstesmethod- Part1:Generalprinciples 2017-07-12发布 2018-02-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB;/T33941.1一2017 土方机械结构件应力测试方法 第1部分;通则 范围 GB/T33941的本部分规定了土方机械进行结构件应力测试的术语和定义、测试原理、测试仪器及 设备/设施、测试条件、测试点及贴片形式、测试步骤、数据处理和测试报告等
本部分适用于GB/T8498所定义的土方机械机器族结构件应力的测试
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GB/T228.1一2010金属材料拉伸试验第1部分;室温试验方法 GB/T8498土方机械基本类型识别,术语和定义 GB/T13992金属粘贴式电阻应变计 GB/T18577.1 土方机械尺寸与符号的定义第1部分;主机 GB 18577.2 土方机械尺寸与符号的定义第2部分:工作装置和附属装置 GB/T21l53 土方机械尺寸、性能和参数的单位与测量准确度 GB/T21154土方机械整机及其工作装置和部件的质量测量方法 GB/T22315金属材料弹性模量和泊松比试验方法 JB/T6261电阻应变仪技术条件 JJG623电阻应变仪检定规程 术语和定义 GB/T8498,GB/T13992,GB/T18577.1和GB/T18577.2界定的以及下列术语和定义适用于本 文件
3.1 结构件 structure 主机、工作装置/附属装置中起连接、支撑和(或)传递载荷作用,承受机器运动过程和(或)作业过程 载荷的金属部件
注土方机械结构件一般包括主机机架,司机保护结构,工作装置/附属装置等部件
3.2 应力 streSS 材料由于受外因而发生形变时,在材料内部会产生大小相等但方向相反,用于抵抗外力的反作 用力
3.2.1 应力测试 streSstest 通过对机器在工作状态下结构件的应变进行测量,并计算出应力的过程
GB/T33941.1一2017 注:应力测试一般分动态应力测试和静态应力测试 3.2.1.1 动态应力测试 dynamicstresstest 机器在典型工况下,结构件承受的载荷在测试期间随时间明显变化,在结构件上产生的应力也相应 对该过程的应变逃行连续采集,并得出应力值随时间或空间变化的坐标数据
发生明显变化
3.2.1.2 stationarystresstest 静态应力测试 在结构件承受载荷处于恒定状态或对特定状态下的应变进行采集,得出单一应力值
3.2.2 典型工况typel condition 机器按照预先设定的作业程序,完成可重复的负载循环工作过程
3.3 贴片 teststraingauge 粘贴在结构件上,进行应变测试的金属粘贴式电阻应变计
注:可按所需结构形状要求进行组合
3.4 温度补偿片 temperaturecompensatiostrains gauge 用于补偿贴片因环境温度发生变化而引起的测试值电阻值)变化的应变计
测试原理 将金属粘贴式电阻应变计(以下简称应变计)粘贴在被测结构件表面,通过应变仪测量结构件受力 形变时所引起的电阻变化,并将其变化量转化为应变值
依据结构件材料弹性模量和泊松比计算出应 力值
5 测试仪器及设备/设施 5.1测试仪器 5.1.1材料力学性能试验仪器 5.1.1.1弹性模量和泊松比试验仪器精度应不低于GB/T22315的规定 5.1.1.2拉伸试验仪器按GB/T228.1的规定
5.1.2应变测试仪器 5.1.2.1应变测试仪器一般包括应变计、静态应变仪、动态应变仪、数据采集系统、信号处理系统、万用 表,兆欧表等
5.1.2.2应变仪应符合JB/T6261的规定,并按JG623的规定进行检定
5.1.2.3应变计应符合GB/T13992的规定,并按用途、应用条件、极限工作温度选择相应的应变计,宜 采用箔式应变计
引出线和测量线应采用屏蔽导线
5.1.2.4万用表的精度等级应不低于0.5级、兆欧表的精度等级应不低于10级
5.1.3工况性能测试仪器 5.1.3.1工况性能测试仪器包括
GB;/T33941.1一2017 载荷测试仪器 载荷传感器,测力传感器或已知质量的载荷重块等; a b 液压系统测试仪器 -压力传感器、,温度传感器、流量传感器等 长度测量仪器 -钢卷尺,钢板尺、激光测距仪、位移传感器等; c d) 时间测量仪器 秒表或时间记录仪等; e 角度测量仪器 -万能角度仪或数字倾角仪等; 道路行驶测量仪器 -五轮仪或道路行驶驰试验仪等; 土壤测试仪器 土壤密度仪等; g h)其他辅助测量仪器风速表、气压表、温度计、轮胎气压表、发动机转速表,地中衡等 5.1.3.2工况性能测试仪器的量程应与测量值的大小相适应,精度应符合GB/T21153的规定
5.2测试设备/设施 5.2.1工况性能测试设备/设施包括 载荷测试设备/设施 -测试用平台,支撑工装,连接工装、钢丝绳、锚定装置、确定载荷作用线 a 位置的工具、剪力墙或挡墙等; 起吊(升)设备起重机(行车)、千斤顶或举升台等 b 场地测试设施 地面、颠簸块,坡道、凹坑、物料堆、土壤层(堆),地槽等; co 加载装置 液压油缸、配重块、负荷牵引测量车等; d 试验台架结构件加载试验台、整机道路模拟试验台、,FOPS,ROPS,TOPS试验台等 e 试验用辅助工具
f 注，以上测试设备/设施按实际测试要求选用,受条件限制也可选用等效的设备/设施 5.2.2防护装置 为防止测试过程达到或超过机器的极限而发生的倾翻、坠落、失速等,应安装必要的防护装置
防 护装置应有合适的松弛度,以保证试验过程既能达到试验极限,又能防止其发生危险
测试条件 6.1环境条件 6.1.1常温实际工况静态应力测试宜在室内进行,在规定条件下也可在室外进行
测试场地应是坚 硬、平坦、干燥的混凝土或钢质平台,场地应有足够的空间
测试环境温度应为5C40C;相对湿度 不大于90%;风速不大于4m/s;周围无强烈振动、腐蚀性气体和强磁场干扰
6.1.2常温实际工况动态应力测试应在符合要求的试验场地进行,具体要求应符合机器试验方法的规 定
测试环境温度应为0C40C;相对湿度不大于90%;测量场地应无强烈振动、腐蚀性气体和强磁 场干扰
6.1.3低温工况测试可选择满足试验温度的环境,也可在环境舱内进行
测试过程温度变化不得大于 6.1.4台架工况应力测试应在室内进行
测试场地应能满足结构件的吊装、安装和拆卸,并有足够的 空间
6.2结构件及材料试样 6.2.1结构件 6.2.1.1结构件表面应清洁,无裂纹、破损和变形
凡准备粘贴应变计的位置,在粘贴部位不小于 30mm×30mm 的范围内应平整
GB/T33941.1一2017 6.2.1.2进行实际工况测试的结构件,允许在整机装配后贴应变计,也可以在零件或部件状态粘贴后再 装配成整机
在整机状态无法粘贴或无法粘贴牢固时,应在零件或部件状态粘贴
6.2.1.3台架工况测试的结构件与台架的固定方式应与整机的安装方式一致
6.2.2材料试样 6.2.2.1进行力学性能试验的样坯应从与结构件同一材料中切取
无法满足同一材料切取,则试件的 批号或炉号应与结构件一致
6.2.2.2结构件如进行热处理,样坯应从同批次的结构件或随炉试样中取样 6.2.2.3弹性模量和泊松比试验试样应符合GB/T22315的规定
6.2.2.4拉伸试验试样应符合GB/T228.1的规定
6.3机器 6.3.1测试机器应清洁干净,基本装置应符合GB/T21154的规定,并应符合制造商规定的标准配置
6.3.2测试机器处于出厂状态,按规定加足各种液体
6.3.3测试机器应按司机手册和产品技术规范核定发动机最高空载转速、液压系统安全阀标定压力、 制动系统的操纵气压或油压
测试点及贴片形式 7.1测试点选择 7.1.1在结构分析的基础上,确定危险应力区,并对各危险应力区进行测试
危险应力区一般有以下 类型 应力均匀区 该应力达到屈服强度时,会引起结构件的永久变形 a 应力集中区 如孔眼、锐角、焊缝、锭点等处产生的集中应力,该区内屈服应力的出现不会引 b) 起结构件整体的永久变形,但过大的应力集中会影响结构件的疲劳寿命; 弹性屈曲区 该区的最大应力并没有达到材料的屈服强度,但可能因发生屈曲而导致结构 件的破坏
7.1.2测试点选择宜从以下几个方面确定(不限于) 采用有限元等力学分析方法对结构件进行分析,以确定测试点位置 a D)参照同类型机器以往测试的结果选择测试点; c 在机器工作过程中结构件易发生破坏的位置选择测试点
7.2贴片形式 测试点的应变计结构一般选择单轴、平行轴二棚(也可选择同轴二棚),二轴90或三轴45形式
7.2.1 7.2.2如果能够对结构件采用分析法、脆性涂料法或经验法等确定主应力方向,则可沿主应力方向贴 上单轴、平行轴二栅(也可选择同轴二栅)或二轴90"应变计
如果主应力的方向无法确定,则应贴上三 轴45"应变计
7.2.3对于焊缝测点,所贴的应变计短边距焊缝边缘应不大于3nmm 7.2.4对于孔眼,锐角、较点等集中应力区测点,所贴的应变计短边距其边缘应不大于5mm 7.3贴片施工 7.3.1根据选择好的测试部位和确定的测试点、贴片形式,绘制测试点分布图,对贴片统一编号,并标 明应变计的方向
GB;/T33941.1一2017 7.3.2在结构件测试点的位置上去除覆盖的涂镀层或锈蚀层,用砂轮或砂纸进行必要的打磨,打磨方 向宜与贴片方向成45",表面粗糙度在Ral.6Mm~3.24m为宜
用浸有丙酮或无水乙醇脱脂棉球将贴 片位置及周围擦拭干净,直至棉球洁白为止
7.3.3按照测试点分布图的规定,用划针在测点处划出贴片定位线,以保证贴片位置准确
7.3.4在应变计基底面和贴片处涂抹一层薄薄的粘结胶,然后把应变计对准预先划好的贴片标志处 用一小片塑料如聚四氟乙熔)薄膜盖在应变计上,再用大拇指按压,从应变计一端开始作无滑动的滚 动,将应变计下多余胶水或气泡排除
将测量导线与引出线焊接(引出线可以爆接后贴片,也可以贴片后再媒接),焊点应小而牢固,并 7.3.5 保证焊点与被测表面有良好绝缘和固定
为了防止测试过程应变计脱落、损坏.潮湿,宜采用环氧树脂 等绝缘粘贴剂将应变计固封在结构件测试位置上
7.3.6对于测试周期较长或可能受到雨水侵袭的贴片,应采用防水保护处理
7.3.7在引出线与应变仪连接之前应先进行通断检查和绝缘阻值检查,应变计电阻值应小于0.2Q,与 测试件的绝缘阻值不得小于50Mn. 8 测试步骤 8.1结构件材料力学性能试验 8.1.1弹性模量和泊松比试验按GB/T22315的规定进行,测试记录参见附录A表A.1
8.1.2拉伸试验按GB/T228.1的规定进行,测试记录参见表A.2
注受条件所限,结构件材料弹性模量、泊松比和屈服强度也可取行业推荐的参考值
8.2工况性能测试 8.2.1测试前准备 8.2.1.1根据贴片的电阻值以及测试环境条件,设置单点或公用温度补偿片
具体作法为,在测试结构 件无载荷变化的部位或无载荷变化的金属板上粘贴一定数量的温度补偿片
如采用金属板,则金属板 应连接在被补偿的贴片附近(连接方式宜采用粘胶带粘贴或捆绑方式),其材质应与被补偿测试点的结 构件相同
8.2.1.2根据测试精度要求选择相应的桥路连接方式(参见附录B),将测试点的应变计和温度补偿片 通过引出导线联结在电桥盒上,并引出与应变仪连接的测量导线
8.2.1.3用万用表测量贴片和温度补偿片连接测量导线后的电阻值,测试记录参见表A.3
8.2.1.4将测量导线与应变仪连接 8.2.1.5将电桥盒,应变仪、数据采集系统和信号处理系统等固定在机器或机外的适宜位置上
动态应 力测试时应变仪、数据采集系统和信号处理系统等应采取必要的减振和防护措施
8.2.1.6测量导线应沿走线方向与结构件及其他零部件固定(固定方式宜采用捆绑、粘胶带粘贴等方 式),测量导线应预留一定的自由长度,以防止机器工作时对测量导线产生损坏
8.2.1.7接通电源、预热仪器,调整应变仪,使各测点电桥平衡
测试前应对应变仪进行标定
8.2.2测试程序 自重应力测试 8.2.2.1 在结构件的零应力状态时,测量消除自重载荷影响的基准应变值e用
如果无法消除自重载荷影 响,可不测零应力状态,但应在报告上注明
GB/T33941.1一2017 8.2.2.2静态应力测试 在规定的典型工况下,测量结构件应变值,每组测量3次,测试记录参见表A.4
取3次读数中,两 次读数之差不超过其平均值5%的数据,以算术平均值作为结果值(若3次读数值均满足要求,则取两 次较大值的算术平均值作为结果值)
若不能满足要求,则应重新测量或查明原因后重新测量
测量完 毕后,关机、卸载
8.2.2.3动态应力测试 动态应力测试应采用动态应变仪,在规定的典型工况下,按以下规定进行 当不能估计测试点应变幅值时可先以最大档位进行一次测量后,再选择合适的测量档位 测试时应对采样频率进行规定 启动数据采集系统和信号处理系统 数据采集系统记录时间应大于机器工况运转时间 测试过程应记录环境、走向(或方向)、时间、作业对象、作业环境、场地或道路条件并作必要的 说明,测试记录参见表A.5 利用数据采集系统和信号处理系统的监控功能,监视各通道应变信号时间历程是否呈稳态和 各态历经,观察各通道的信号衰减是否合适,信号是否过载或过小; 各工况试验次数不少于3次,每次作业循环次数依数据统计需求确定; 测量完毕后,应对数据进行保存,关机、卸载
g 数据处理 g.1应力值计算 9.1.1应变值的修正系数按式(1)进行计算: 尺=r/R 式中: -应变值的修正系数; 应变计连接测量导线的电阻值,单位为欧奶(n -应变计标称标准电阻值,单位为欧姆(Q)
R 9.1.2应变值的修正按式(2)进行计算 E=ke仪 式中 -应变仪显示值,无量纲 e仅 -修正后的应变值,无量纲
注:应变仪具备对测量导线电阻值影响的修正功能,可消除测量导线电阻值影响,则对测试的应变值不进行修正
承受单向应力结构件,按式(3)和式(4)进行计算 9.1.3 d，=E(e，一E0 (3 o，=Ee， 式中 -第i测试点的单向应力值,单位为兆帕(MPa); o -弹性模量,单位为兆帕(MPa); 第i测试点应变值,无量纲; E -第i测试点在零应力状态测量的消除自重载荷影响的基准应变值,无量纲
Eo
GB;/T33941.1一2017 注:式(3)为在结构件的零应力状态时,有测量消除自重载荷影响的基准应变值eim
式(4)为无法消除自重载荷影 响,不测零应力状态
9.1.4承受二向应力的结构件,按变形能(第四)强度理论计算,其当量单向应力计算公式为 当主应力(变)的方向已知,采用二轴90?(二轴分别标注为X、Y方向)应变计测得了两个方向 的主应力时,当量单向应力按式(5)计算 =G，一口,d，十a、 式中 当量单向应力,单位为兆帕(MPa); -X方向最大主应力,单位为兆帕(MIPa), -Y方向最大主应力,单位为兆帕(MPa). 主应力可由主应变求得,按式(6)和式(7)计算: d，=E(e，十'e,/(1一4) d、=E(e
,十雁,)/I一 式中 最大主应变,无量纲; 最小主应变,无量纲; 泊松比
当主应力(变)的方向未知,采用三轴45'(三轴分别标注为a.b,e)应变计测得三个方向的线应 b 变时,当量单向应力按式(8)计算
'- -+ 但-/e
=E= 式中: -a应变计的应变,无量纲; b应变计的应变,无量纲 -c应变计的应变,无量纲
9.2安全系数计算 9.2.1各测试点的安全系数按式(9)和式(1o)进行计算 ni=o,或dp,2/o (9 =o.或op2/o 10 式中 -第测试点的安全系数; n 对于承受二向应力的弹、塑性材料的安全系数; a,(或apa 材料的屈服强度,单位为兆帕(MPa) 9.2.2取同一工况中,所有测试点计算出的安全系数最小值作为该工况的安全系数
9.2.3数据统计 将采集的数据依据雨流计数等方法进行统计,分析,并根据需要绘制应力,应力幅值,应力均值与时 间、频次等有关曲线或图表
0测试报告 测试报告应包含以下信息 测试目的与要求; a
GB/T33941.1一2017 b 使用仪器型号、状态及仪器联接方框图(必要时)
e 机器外形图(必要时)及测试结构件外形图
d 测试点分布图、编号图及应变计方向图
测试条件 e 环境条件; 走向或方向; 载荷状态; 作业环境; 场地或地面条件等
fD 结构件 名称; 材料牌号; 材料力学性能指标; -材料弹性模量和泊松比推荐参考值
机器 g 制造商名称; 机器型号 机器类型， 测试样机产品验证码; 试验样机工作质量; 液压回路工作压力或安全压力,单位为千帕(kPa); 行走类型(履带式,轮胎式或步履式机器); 转向形式(钦接转向,滑移转向等); 机器状态(工作时间等). h)测试工况
各测试点在各种工况下的静态应力值及安全系数
各测试点的动态应力幅值-时间-载荷(或位移)的概率密度丽数曲线
j 动态应力均幅值矩阵
k 测试结果的说明和分析
m测试时间、测试人员
其他需要说明的信息
n
GB;/T33941.1一2017 附 录 A 资料性附录 测试记录表 A.1弹性模量和泊松比试验记录表见表A.1
表A.1弹性模量和泊松比试验记录表 弹性模量E/MPa 泊松比从 序号 结构件名称 牌号 推荐参考值 实测值 推荐参考值 实测值 A.2拉伸试验记录表见表A.2
表A.2拉伸试验记录表 屈服强度a,(或ama/MPa 抗拉强度n,/MPa 序号 牌号 结构件名称 推荐的参考值 推荐的参考值 实测值 实测值 或标准规定值 或标准规定值 GB/T228.12010屈服强度符号R.(或Rm)和抗拉强度符号R.,为了与应变计标称电阻值代号区别并与应 力值符号一致,放本部分屈服强度符号采用a,(或am.)和o,,符号对照见GB/T228.1一2010附录1中表L1
A.3贴片和温度补偿片电阻值记录表见表A.3
GB/T33941.1一2017 表A.3贴片和温度补偿片电阻值记录表 片 贴 温度补偿片 应变计标称标连接测量导线 修正 标称标准 连接测量导 修正 编号 编号 准电阻值R/Q 电阻值r/Q 系数k 电阻值R/Q 线电阻值r/Q 系数k A.4静态应力测试记录表见表A.4
表A.4静态应力测试记录表 测试点编号 测试工况 测试次数及计算 基准应变值e 第1次应变值 第2次应变值 第3次应变值 修正系数k 结果计算值e 应力值a/MPa 安全系数 A.5动态应力测试条件记录表见表A.5
表A.5动态应力测试条件记录表 序号 项目 内容 备注 工况名称 作业时间 温度/八 相对湿度/% 环境状况 风速/m/s) 大气压力/kPa 10
GB;/T33941.1一2017 表A.5(续》 序号 项目 内容 备注 试验场地(道路)路面及状态 作业环境 作业走向或行驶方向 10 作业对象 11
GB/T33941.1一2017 附 录 B 资料性附录) 桥路连接方式 B.1全桥连接方式 B1.1将平行轴二栅(或同轴二栅)的应变计贴片和温度补偿片的两端引出线按图B.1所示方法接人 应变仪的A,B、C,D接线端中
B.1.2当结构件受力发生形变时,应变仪即可测得应变值e,因为应变仪显示的应变值是两片应变计的 应变值之和,所以结构件的实际应变值应为应变仪所显示值的一半,如式(B.1)所示: B.1 仪 式中 实际应变值,无量纲 应变仪显示值,无量纲
e仪 说明: 温度补偿片; -贴片
图B.1全桥接法 B.2半桥连接方式 B.2.1将应变计贴片和温度补偿片两端引出线按图B.2所示方法分别接人应变仪的AB接线端和BC 接线端中
AD接线端和DC接线端分别接人标准电阻
B.2.2当结构件受力发生形变时,应变仪即可测得应变值e
12
GB;/T33941.1一2017 说明 -温度补偿片 -贴片; -标准电阻
图B.2半桥接法 B.31/4桥连接方式 将应变计贴片两端引出线按图B.3所示方法接人应变仪的AB接线端中
C接线端、AD接线 B.3.1 端和DC接线端分别接人标准电阻
B,3.2当结构件受力发生形变时,应变仪即可测得应变值e
说明 -贴片; 2 -标准电阻 图B.31/4桥接法 13
土方机械结构件应力测试方法第1部分：通则GB/T33941.1-2017
一、引言
土方机械是指用于进行土方工程施工的机械设备，例如挖掘机、推土机、装载机等。这些机械设备在使用过程中需要承受各种各样的载荷和应力，因此其结构件的强度和可靠性显得尤为重要。
GB/T33941.1-2017《土方机械结构件应力测试方法第1部分：通则》是土方机械结构件应力测试的国家标准，对土方机械结构件的应力测试进行了规范。
二、应力测试的基本原理
应力测试是一种通过施加外力或载荷来测定物体内部所受力学应力状态的方法。在土方机械结构件的应力测试中，常用的测试方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和扭转试验等。
拉伸试验一般适用于测试杆状零部件的抗拉性能；压缩试验适用于测试柱状零部件的抗压性能；弯曲试验适用于测试板状零部件的弯曲性能；扭转试验适用于测试圆形零部件的扭转性能。
三、应力测试方法的规范
GB/T33941.1-2017《土方机械结构件应力测试方法第1部分：通则》对土方机械结构件应力测试的各个环节进行了规范，包括了测试样品的准备、试验设备的选择和校准、试验的步骤和过程、试验结果的处理和分析等。
此外，标准还规定了测试中需要遵守的安全操作规程和测试数据的报告要求等内容。
四、结论
本文介绍了土方机械结构件应力测试方法的相关标准——GB/T33941.1-2017。该标准为土方机械结构件的应力测试提供了可靠的规范，能够有效保证土方机械结构件的质量和可靠性，有助于提高土方机械的使用效率和安全性。
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