淺談靜力試驗中的質量控制

史慧+余漫+張建

摘 要：靜力試驗作為一種考核和驗證試件耐受穩定力學載荷的手段，試驗結果的正確性直接影響到對產品性能的判定，其質量控制尤為重要。本文通過對靜力試驗中影響試驗結果的一系列因素進行剖析，提出了靜力試驗質量控制的方法，提高靜力試驗的準確性、有效性及安全性。

關鍵詞：靜力試驗；影響因素；質量控制

1.引言

靜力試驗又叫靜強度試驗。通過加載穩定的力學載荷研究試件及其構件在穩定力學載荷作用下的強度、剛度以及應力、變形分布情況，來驗證試件結構強度設計和仿真結果的準確性[1]。因此，在許多領域，尤其是飛機設計領域，新型產品的研制階段和產品批量生產的例試階段都要進行充分的靜力試驗考核，以驗證產品的設計強度和生產穩定性是否滿足規定的要求。因此，靜力試驗的質量控制無論在產品研制和批產階段都扮演重要角色。

本文通過對試驗準備、加載系統調試、液壓油源等影響因素進行展開分析，提出了質量控制方法，提高靜力試驗的準確性、有效性及安全性。

2.試驗準備質量控制

2.1 試驗準備

靜力試驗準備工作一般分為以下幾個步驟：1）劃線；2）粘帆布帶；3）夾具安裝；4）試件安裝；5）吊線；6）加力件安裝；7）連接杠桿；8）作動筒安裝。

通常在試驗準備階段，需要在試件表面標記出加載點位置，在相應的加載位置粘貼帆布帶，然后將試件通過夾具安裝在靜力試驗臺上，采用吊線的方法找出基準，再安裝好加力件，連接杠桿，最后在相應位置安裝作動筒。

2.2 質量控制注意事項

A）劃線：由于試件的形狀各異，在試件表面進行劃線時首先要找到合適的基準點，選擇合適的基準點非常重要，合適的基準點不僅要考慮靜力試驗加載點允許公差還要考慮試件加工制造的公差，而且也會影響測點位置的測量難度和精度；其次，加載點位置的測量時應選擇合適的量具，選擇量具時應注意加載點相對于基準點的空間位置，加載位置的允許公差等，常用的測量工具有游標卡尺，三坐標測量儀等；最后，在加載點位置做標識時應牢固，防止因后續操作導致加載點位置標識損壞，加載點標識還不能影響到后續涂膠的強度，并方便粘貼帆布帶時的確認粘貼位置。

B）粘帆布帶：由于試驗載荷不同，粘貼帆布帶的大小不同，因而需要根據不同要求粘貼合適的帆布帶。在進行帆布帶的粘貼前，要選擇合適的膠貼劑保證黏貼的強度，進行規范的刷膠以保證刷涂均勻，不留氣泡。貼合后，需確保帆布帶與試件的貼合，如有氣泡，必須排出。之后，靜置規定的時間來保證粘結劑有足夠的時間凝固。

C）夾具及試件的安裝：夾具及試件的安裝應嚴格按照規范進行，安裝夾具時應保證和現場的基準平行或者垂直，加力應均勻合理。

D）吊線、加力件安裝、連接杠桿：加力件和杠桿在滿足強度要求的前提下，重量應盡量小，減小因重力對試驗造成的影響。杠桿定位時，應先找到試件的基準點，借助現場的合適的參照物，來確認各個方向的基準線或點。通過合適的量具對加力件所需安裝的位置進行測量和確認，杠桿的連接位位置、連接級數應嚴格按照圖紙公差要求，杠桿的連接方向應盡量保持平行，杠桿間的連接鋼索應盡量與杠桿保持垂直。當需要使用滑輪時，滑輪應安裝可靠，安裝方向應準確，滑輪的摩擦系數應盡量小。

E）作動筒的連接：作動筒的定位應準確可靠，將作動筒移動至指定的位置后，應進行復核，與做動筒連接的鋼索或其他連接件，在滿足強度要求情況下重量應盡量輕。做動筒的施力方向應與連接鋼索的持力方向保持在一條線上。作動筒移動放置時，注意對伺服作動筒上集成部件的保護。

F）在進行試驗準備時，要對靜力試驗所用到的儀器、設備、工裝是否合格有效進行核查，確保試驗前準備工作的準確有效。在所有試驗前準備工作完畢后，對所要求的基準、加力點的位置、杠桿連接的位置及作動筒的位置進行一一核對，再次確認試驗狀態的完好。正式試驗開始前應進行預試驗，以驗證試驗系統的有效性，并消除連接件之間的安裝間隙。

3.多點協調加載系統的質量控制

3.1加載系統的質量控制

3.1.1 控制系統

多點協調加載系統控制系統是整個靜力試驗的神經中樞，它控制著每一種工況的實時加載，確保整個靜力加載過程的可靠、準確和安全[2]。它能自動識別和診斷所有連接在系統中的控制組件，可通過控制系統設定試驗參數、試驗加載譜等，也可實時顯示記錄試驗數值。系統配備多個急停開關，可控制間和試驗現場同時使用。

伺服作動系統上集成了安全保護模塊，一旦實時監測到加載超差，可觸發相應的安全保護。在控制系統和保護模塊供電線路上安裝不間斷電源，避免因系統意外斷電，影響保護模塊保護功能的實現[3]。

3.1.2質量控制需要注意的事項

A）靜力試驗系統應做好定期維護檢修，定期檢定，以確保控制系統處于良好的工作狀態。

B）在正式試驗開始前注意通過設備自動監測診斷各類硬件是否正常工作。如果系統出現異常報警，操作人員進行故障排查分析后，方可進行下一步的操作。

C）試驗參數的設置應準確可靠，加載時間及加載梯度的選擇應符合相關規范，使試件在各梯度載荷充分形變情況下，保載試驗時間不宜過長。操作人員可在試驗開始前開啟實時記錄功能，做到試驗過程可追溯。

D）控制系統安全保護模塊的相關參數的設置應合理有效，既要保證系統不出現誤報，又要保證在試驗過程中出現異常情況時，安全保護模塊觸發相應的保護策略；在試驗過程中，操作人員要監控系統各項參數和狀態，當出現某種超限報警時，應及時對超限原因進行分析，評估超限對試驗安全及試驗結果造成的影響，再決定是否繼續進行試驗；如果出現曲線跟隨性不好、曲線震蕩時，操作人員可通過調節PID參數來控制；必要時，急停開關也是確保試驗安全的重要工具。

3.2液壓油源系統及管路系統的質量控制

3.2.1液壓油源系統與管路系統

液壓油源系統是給整個系統提供液壓動力源的裝置，是靜力試驗的血液系統，它的正常運行與否對整個靜力試驗至關重要。通常液壓油源應配有壓力、溫度、液位傳感器，采用現場電控柜與遠程控制兩種操作模式，可進行現場與遠程切換。本地和遠程操作界面均設置有手動急停按鈕，方便操作者在緊急情況下及時停機卸荷。

管路系統與液壓油源系統相輔相成，如果管路系統出現問題，會直接導致液壓油源系統工作的不穩定，從而引發系統壓力不穩定、試驗過程中突然加力波動、掉壓等嚴重問題。

3.2.2液壓油源系統及管路系統質量控制

1）液壓油源系統及管路系統應采取封閉措施，避免灰塵進入和形成冷凝水，污染油源。

2）嚴格按照日常維護規程進行維護，定期對液壓油及濾芯進行檢查更換，避免油品變質堵塞管路。

4 總結

本文通過對試驗前準備、控制系統、液壓油源系統及管路系統等靜力試驗影響因素進行分析，找出了提高靜力試驗質量的一些措施和方法。這些方法不僅使靜力試驗的質量得到有效控制，而且可以大大減少靜力試驗出現異常情況。通過大量的實踐，它可以有效提高靜力試驗的準確性、有效性及安全性。

參考文獻：

[1]魏生道.結構靜力試驗技術[M].北京：宇航出版社，1988.

[2]劉博等.多通道靜力協調加載系統[J].四川兵工學報，2014，35（3）：126-129.

[3]竇雪川等.電液靜力加載試驗系統安全保護策略研究[J].導彈與航天運載技術，2016，（02）：47-50.