计入丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能半解析法研究

为研究计入丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能,在计入泊松比效应和接触变形等影响下,建立轴向拉伸和扭转载荷下钢丝绳股数学模型,并使用半解析法(SAM)对该模型进行求解。在使用SAM时,利用共轭梯度法求解出丝间接触压力,利用快速傅里叶变换加快接触变形计算。对上述模型和方法的有效性进行证实。研究结果表明:采用SAM可实现考虑丝间接触的钢丝绳股轴向力学性能快速而准确的求解,且计算效率远比有限元仿真的高;在轴向拉伸过程中,芯丝比侧丝承受的拉伸载荷大;增大轴向扭转载荷会导致侧丝轴向应变,以及芯丝和侧丝间的接触压力、接触变形与接触半宽的增加;芯丝和侧丝间的接触以及侧丝的缩径,会导致侧丝轴线的螺旋半径略有减小。     

钢丝绳数学模型及有限元分析

用UG中的规律曲线建立6×19西鲁钢丝绳、1×6单股钢丝绳三维模型,针对西鲁股第2层和第3层钢丝位置关系进行三次多项式曲线拟合,建立了二者捻角变化的三次曲线关系,保证钢丝绳捻制后同一个旋转周期螺旋捻距的大小相同;同时建立了第3层钢丝螺旋半径与第2层钢丝螺旋半径之比随第2层钢丝捻角变化的三次拟合关系,确保钢丝捻制后两层丝刚好能接触.利用Workbench对1×6单股钢丝绳进行有限元分析,钢丝绳一段固定,对另一端每根丝加载荷.对比了中心丝与侧丝接触应力,理论计算与有限元分析结果误差在3%,验证了模型和网格的有效性.单股有限元最大应力出现在侧丝与侧丝加载变型后相接触点.     

椭圆股和三角股钢丝绳扭转及弯曲性能研究

对椭圆股和三角股钢丝绳的扭转和弯曲性能进行了有限元分析.在考虑两类钢丝绳股空间结构的相似性及钢丝间的摩擦接触等情况下,对捻向为右捻的椭圆股和三角股钢丝绳进行参数化建模和性能求解.仿真结果表明:两类钢丝绳股的扭转刚度均随捻角和侧丝直径的增大而增大,椭圆股钢丝绳的扭转刚度和弯曲刚度低于三角股钢丝绳;相对三角股芯丝,椭圆股的芯丝应力集中现象更加明显;在相同的扭转载荷作用下,椭圆股钢丝绳比三角股钢丝绳更易达到应力屈服,这与弯曲载荷作用下的现象相反.     

桥梁半平行钢丝索对称断丝的力学特性分析

桥梁用半平行钢丝索由于外层钢丝的螺旋外形和本身构造的特殊性,不能直接应用基于平行钢丝假定的并联模型或钢绞线模型进行力学分析.基于Love曲杆理论,考虑泊松效应、钢丝间接触变形以及钢丝间的接触力和摩擦力的影响,对多层半平行钢丝索的对称断丝模型进行了修正,通过数值计算讨论了拉索截面钢丝拉力分布规律、钢丝拉力增长系数和拉索轴向刚度及其影响因素.计算表明,考虑接触变形后,截面内钢丝拉力分布不均匀,拉索轴向刚度较单根钢丝有较大幅度的下降.     

基于Biot理论的腰椎间盘力学响应分析

为考虑腰椎间盘流固耦合作用,基于Biot理论建立了正常人体腰椎间盘L3~L4节段的有限元模型,分析了椎间盘在不同轴向压缩载荷及复合载荷作用下的力学响应,得到了椎间盘不同部分的压力、应力分布规律和比较曲线。结果表明:轴向正压时,外层纤维环压力约为内层的15%,外层最大应力约为髓核应力的4.3倍;椎间盘各部分所受压力随载荷增大近似线性增加,且增加的速率基本相同;应力随载荷增加而增大的速率不同,外层纤维环应力增加最为明显。轴向压缩与扭转载荷组合作用时,纤维环整体应力水平最大,最容易被破坏。     

不同编制型式钢制系缆的动力响应

针对国内研究易忽视的钢缆扭转特性,建立了不同编制型式钢缆的拉伸-扭转模型.首先,分析钢缆结构特性、钢丝材料性质等基本特征,明确其在海洋工程中的受力状态,并基于合理假设,将钢缆应力分布问题简化为几何问题,确定拉伸-扭转共同作用下的钢缆本构关系.在此基础上,针对钢丝之间的不同接触特点,将赫兹接触理论推广到钢缆的数值模拟中,建立点接触和线接触的接触应力求解方法.其次,基于非线性动力学理论,考虑外载荷作用,并在钢缆刚度中引入拉伸-弯曲-扭转耦合项,推导钢缆动力学平衡方程组.在此基础上,建立了系泊系统计算模型,得出外载荷作用下的钢缆动力响应,并分析了在轴向载荷作用下,钢缆的扭转特性对张力的影响.此外,还研究了不同编制型式钢缆的扭转作用对缆绳动内力的影响,得出张力变化规律.结果表明:在相同轴向载荷下,不同编制型式钢缆的动力响应不同;不同的编制型式会影响张力数值,与忽略扭转特性时得出的张力相比,考虑钢缆结构扭转特性时计算出的张力增大,并且增大的数值受编制型式影响;不同编制型式会导致截面应力分布不均匀,钢缆内部应力分布与其编制型式密切相关,因此,在对钢缆进行应力计算,特别是接触应力分析时,考虑其具体编制型式极为必要,6×19型钢缆由于自身钢丝左捻右捻的交互排列型式,受到外载荷时的响应较低.     

场桥用6×36SW-25.0mm钢丝绳断丝失效分析

场桥用6×36SW-25.0 mm钢丝绳工作900 h后,发现在钢丝绳外层股间接触处、外层股表面与滑轮接触的部位产生断丝。对钢丝绳受力情况及钢丝断口形貌进行了分析,结果表明,由于滑轮与钢丝的滑动摩擦、钢丝绳外层各股之间钢丝的互相滑动摩擦,钢丝绳承受频繁弯曲疲劳,是钢丝绳在工作时易于形成疲劳源而导致断裂的重要因素。     

水箱拉丝机拉丝过程的有限元模拟仿真分析

以初始钢丝生产线为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件对水箱拉丝机第一道次拉拔过程进行模拟仿真,研究在拉拔过程中拉拔模锥角、摩擦系数和压下量对拉拔力的影响,并对其轴向应力和径向位移分布特点进行分析。结果表明,随着模锥角的增大,拉拔力呈先减小后增大的趋势,当模锥角为8°时,拉拔力最小;随着摩擦系数、压下量的增大,拉拔力随之增大;在出口处钢丝的外层轴向应力达到最大,由外层向内层轴向应力逐渐减小,钢丝前端应力达到均匀,且钢丝的模拟径向直径小于理论直径。     

预应力钢丝缠绕超高压筒体的应力及变形分析

本文分析了预应力钢丝缠绕超高压筒体的应力及变形。由于钢丝层和工作载荷对芯筒的作用力均不能沿轴向全长作用，因而在简体的两端发生弯曲变形，引起应力和变形重新分布。本文从理论上分析并计算此种应力及变形，这对超高压容器的强度及密封设计是很重要的。本文还将计算结果简要地和有限元计算值及实测值进行比较。     

钢丝绳捻制成形残余应力的理论与实验研究

采用共转坐标系弹塑性有限元法模拟了钢丝绳捻制成形过程，用数值计算和X射线实验分析结果探讨了捻制成形过程中的重要工艺参数扭转系数Y对捻线加工残余应力分析和弹性恢复变形的影响规律，研究结果表明，Y＝0时，残余应力以捻线中心为轴呈轴对称一次螺旋状分布；用非零反扭系数捻制成形时，钢丝绳股中钢丝的残余应力呈二次螺旋状不均匀分布，Y＜1．0时，捻线存在与捻制公转方向相反的扭转弹性恢复，Y＝1．0时，存在着较大的弹性恢复；Y＞1．0时，扭转弹性恢复与捻制成形的方向相同，形状冻结性好，综合考虑钢丝绳成形性，使用安全性和抗拉强度，合理的反抗转系数最好取略大于1．0。     

捻制方式对钢丝绳绳丝力学性能影响研究

对6×19S+FC右同向捻及右交互捻钢丝绳绳丝分别进行了静态实验,得到它们的拉伸、弯折及扭转实验数据;对这些数据进行统计分析,分别得到它们的均值与方差,从实验层面探讨捻制方式对钢丝绳绳丝力学性能的影响。另外利用Solidworks软件建立了绳丝计算模型,利用ANSYS软件分析了钢丝绳中绳丝的受力和变形情况,从数值模拟层面探讨钢丝绳捻制方式对绳丝力学性能的影响。研究表明,对于钢丝绳绳丝力学性能而言,右交互捻优于右同向捻。     

钢丝滚道球轴承设计中的接触问题研究

本章主要应用弹性接触理论以及赫兹接触理论对钢丝滚道球轴承滚动体与钢丝滚道的点接触问题进行分析,得出接触区载荷与变形的关系,根据实际需要进行简化,进而计算出接触区各主要参数,然后通过ANSYS对钢丝滚道球轴承点接触问题进行建模与仿真分析,得到接触压力和各向应力分布云图。     

纤维绳芯钢丝绳断丝有效长度

本文首先分析了两层检制铜芯直股在静载荷下应变与轴向力的关系．在此基础上导出了纤维绳芯钢丝绳断丝有效长度的估计公式。     

预张力钢丝缠绕圆筒的切向应力计算

1.假设 Ⅰ.缠绕圆筒在轴向为无限长,并不存在轴向力; Ⅱ.各钢丝层等效于从里向外按先后用过盈装配的薄壁筒,并且构件始终在弹性范围内,芯筒和钢丝的弹性模量E相同; Ⅲ.各钢丝层分别以层间压力的形式作用于内部的钢丝层和芯筒,而对其外部的钢丝层不产生影响; Ⅳ.在层间压力作用半径以内的钢丝层与芯筒构成一整体。该整体的内部应力可用厚壁筒公式来计算,即等效于受外压的厚壁筒;     

锈蚀断丝对拉索力学性能影响的数值研究

钢丝锈蚀、断裂损伤是影响拉索力学性能的主要因素.首先,建立了钢丝径向、索长方向锈蚀损伤分布模型;然后,基于锈蚀钢丝断口形态,分析锈蚀及荷载联合作用下钢丝断裂规律,建立了基于应力强度因子的锈蚀钢丝断裂准则;最后,考虑钢丝间摩擦作用,采用有限元法对拉索钢丝锈蚀、断裂过程进行模拟,研究了拉索中钢丝逐层锈蚀断裂对拉索力学性能的影响.结果表明:拉索钢丝锈蚀断裂后,钢丝应力重分布,断丝对拉索钢丝应力的影响沿截面径向逐渐减小,紧邻断丝层的锈蚀钢丝应力增幅最大,最内层钢丝应力增幅最小;由于钢丝间摩擦作用,断丝应力在恢复长度内呈对数形式恢复且基本同步;恢复长度随断丝百分比增大而增大,与断丝百分比呈二次抛物线关系,并将收敛于3. 3m;拉索索力损失率随断丝百分比增大而增大,拉索少量钢丝的锈蚀断裂对索力影响较小,当拉索锈蚀断丝百分比小于10%时,引起的索力损失率小于4%.     

双列圆锥滚子轴承动力学分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了双列圆锥滚子轴承动力学分析模型。采用精细积分法和预估-校正Adams-Bashforth-Moulton多步法相结合的方法,对轴承非线性动力学微分方程进行求解。研究了双列圆锥滚子轴承的最大接触压力、滚子打滑率、滚子歪斜角以及轴承疲劳寿命等动态性能。分析结果表明:轴承的最大接触压力随轴向预紧量的增加呈先减小后增大的趋势,最佳预紧量随外载荷的增加而变大;滚子歪斜角随径向载荷的增加而变大,"压紧"侧的滚子歪斜角略微大于"放松"侧;轴承疲劳寿命随轴向预紧量的增加而增大直至最大值,随后迅速下降。     

桥梁半平行钢丝索的非对称断丝损伤力学模型

桥梁用半平行钢丝索由于外层钢丝的螺旋外形和特殊构造,不能直接应用基于平行钢丝假定的并联模型或钢绞线模型进行力学分析.基于Love曲杆理论,考虑非对称断丝引起的垂直于拉索轴向的侧向位移,以及钢丝间的接触力和摩擦力的影响,建立静力拉伸荷载下半平行钢丝索的非对称断丝力学模型,通过数值计算和参数分析,研究断丝后索体内钢丝拉力分布规律及其影响因素.结果表明,非对称断丝引起明显的钢丝拉力不均匀分布,钢丝间摩擦系数、断丝径向位置对钢丝拉力分布影响最大.     

钢丝绳直线段有限元建模与分析

利用Patran软件设计了1×6钢丝绳直线段股和独立绳芯钢丝绳的有限元模型,利用Nastran进行了有限元分析,计算中考虑了一端固定、一端轴向旋转情况下钢丝绳的载荷与应变的关系和股内各钢丝分载荷情况.对比有限元分析结果、理论计算结果和实验结果发现,三者间误差均在容许范围内,验证了本文有限元模型的有效性.     

滚珠丝杠副动态接触特性分析

基于Hertz接触理论,在考虑运行工况引起的接触角变化扣离心力的基础上,通过受力分析,建立了滚珠丝杠副的力平衡方程并提出一种计算滚珠丝杠副运转过程中接触变形的方法.以某型号滚珠丝杠副为例,分析了轴向载荷、丝杠转速、接触角和螺旋角对滚珠丝杠副接触特性的影响.分析结果表明,转速增大时丝杠侧的接触变形减小,螺母侧的接触变形增大,两侧接触角的差值增大,当转速增大到一定程度时,螺母侧的接触变形会大于丝杠侧;载荷越小,运转过程中接触角的变化越大,对接触变形的影响也较大;接触变形随接触角和螺旋角的增大而减小.     

架空地线有限元单股应力状态仿真分析

架空地线通常多由钢绞线组成,其复杂结构特性导致股线内外层单股的等效应力、轴向应力、切应力状态都呈现复杂的分布规律。架空地线在一定风载和线路走向情况下将产生高频低幅的微风振动,易于造成股线微动损伤。文章以九江叶家山-柘林水电站Ⅱ回220kV工程线路为实际对象,利用ANSYS Workbench建立了完整的GJ-80架空地线模型,确定拉伸载荷和约束条件,进行了静态仿真和谐响应分析,得到了架空地线单股应力状态以及振幅随频率变化的规律。